Плазмового напилення покриттів

При плазмовому способі нанесення покриттів напилюваний матеріал розігрівається до рідкого стану і переноситься на оброблювану поверхню за допомогою потоку плазми з високою температурою. Напилюваний матеріал випускається у вигляді прутків, порошків або дроту. Порошковий спосіб найбільш поширений.

Унікальність методу плазмового напилення полягає у високій температурі (до 50 тис. Градусів за Цельсієм) плазмового струменя і високій швидкості (до 500 м / с) руху частинок в струмені. Нагрівання ж напиляемой поверхні невеликий і становить не більше 200 град.

Продуктивність плазмового напилення становить 3-20 кг / год для плазмотронів установок потужністю 30. 40 кВт і 50-80 кг / год для обладнання потужністю 150. 200 кВт.

Міцність зчеплення покриття з поверхнею деталі в середньому дорівнює 10-55 МПа на відрив, а деяких випадках - до 120 МПа. Пористість покриття знаходиться в межах 10. 15%. Товщина покриття зазвичай не більше 1 мм, так як при її збільшенні в Напилювана шарі виникають напруги, які прагнуть відокремити його від поверхні деталі.

Плазменно-дугове напилення в поєднанні з одночасною обробкою поверхні обертової металевої щіткою дозволяє зменшити пористість покриття до 1-4%, а загальну товщину напилення збільшити до 20 мм.

Плазмообразующих газами служать азот, гелій, аргон, водень, їх суміші та суміш повітря з метаном, пропаном або бутаном.

Для плазмового напилення використовують дріт, в тому числі порошкового типу, порошки з чорних і кольорових металів, нікелю, молібдену, хрому, міді, оксиди металів, карбіди металів і їх композиції з нікелем і кобальтом, сплави металів, композиційні матеріали (нікель-графіт, нікель-алюміній і ін.) і механічні суміші металів, сплавів і карбідів. Регулювання режиму напилення дозволяє наносити як тугоплавкі матеріали, так і легкоплавкі.

Основою для плазмового напилення можуть служити метали і неметали (пластмаса, цегла, бетон, графіт і ін.). Для нанесення покриттів на невеликі поверхні застосовується мікроплазмове спосіб напилення, який дозволяє заощадити втрати напилюваного матеріалу (ширина напилення 1-3 мм).

З метою підвищення адгезії напилених покриттів, захисту від окислення, зменшення пористості використовується метод плазмового напилення в захисному середовищі (вакуум, азот, суміш азоту з аргоном і воднем) і з застосуванням спеціальних сопел, що закривають область між розпилювачем і оброблюваної поверхнею. Перспективним напрямком в технології плазмового напилення є надзвукове напилення.

Процес плазмового напилення включає 3 основних етапи:

1) Підготовка поверхні.

2) Напилювання і додаткова обробка покриття для поліпшення властивостей.

3) Механічна обробка для досягнення чистових розмірів.

Попередні розміри поверхонь під напилення повинні бути визначені з урахуванням товщини напилення і припуску на подальшу механічну обробку. Переходи поверхонь повинні бути плавними, без гострих кутів, щоб уникнути відшаровування покриття. Відношення ширини паза або діаметра отвору до його глибині має бути не менше 2.

Порошок для напилення

Деталі перед напиленням повинні бути ретельно очищені і знежирені. Ремонтні деталі, що мають замаслені пази або канали, слід нагріти в печі при температурі 200-340 град. протягом 2-3 годин для випарювання масла.

Далі проводиться активація поверхні - надання їй певної шорсткості для забезпечення адгезії. Активацію виробляють за допомогою обдування деталі стисненим повітрям з абразивом або нарізуванням рваною різьблення.

Абразив вибирають зернистістю 80. 150 по ГОСТ3647, або застосовують чавунну / сталеву дріб ДЧК, ДСК №01. 05 по ГОСТ 11964.

Металева дріб не застосовується для обробки жаростійких, корозійностійких сталей і кольорових металів і сплавів, т. К. Може викликати їх окислення.

Шорсткість поверхні під плазмового напилення повинна становити 10. 60 Rz, поверхня повинна бути матовою.

Поверхні, що не підлягають абразивної обробки, захищають екранами. Зона обдування на 5 +/- 2 мм повинна бути більше, ніж номінальний розмір напилень поверхні.

Тонкі деталі закріплюють у пристосуваннях з метою запобігання їх викривлення під час обробки.

Відстань від сопла до деталі при абразиви-струменевого обробці має перебувати в межах 80. 200 мм, менших значень набувають для більш твердих матеріалів, великі - для м'яких. Після цього деталі знепилюють шляхом обдування стисненим повітрям.

Проміжок часу між очищенням і напиленням повинен складати не більше 4ч, а при покритті алюмінію та інших швидко окислюються матеріалів - не більше години.

Нарізування рваною різьблення замість абразиви-струменевої обробки застосовують для деталей з формою тіл обертання. Різьблення нарізають на токарному верстаті звичайним різьбовим різцем, зміщеним нижче осі деталі. Різьблення нарізають без охолодження за один прохід. Крок різьби вибирають по таблиці 1.

Для плазмового напилення слід застосовувати порошки однієї фракції, форма частинок - сферична. Оптимальний розмір часток для металів складає близько 100 мкм, а для кераміки - 50. 70 мкм. У разі, якщо порошки зберігалися в негерметичной тарі, їх потрібно прожарити при температурі 120. 130 градусів протягом 1,5-2 ч в сушильній шафі.

Ті частини деталі, що не піддаються напилювання, захищають екранами з азбесту або металу, або обмазками.

Попередній підігрів деталі перед напиленням здійснюють плазмотроном до температури 150. 180 градусів.

Режими обробки визначають дослідним шляхом. Середні значення режимів плазмового напилення наступні:

1) Відстань від сопла до деталі - 100. 150 мм.

2) Швидкість струменя - 3. 15 м / хв.

3) Швидкість обертання деталі - 10. 15 м / хв.

4) Кут напилення - 60. 90 градусів.

Загальну товщину покриття набирають декількома циклами з перекриттям смуг напилення на 1/3 діаметра плями напилення.

Після напилення деталь знімають з плазмотрона, видаляють захисні екрани і охолоджують до кімнатної температури.

Малюнок 1 - Принципова схема плазмового порошкового напилення: 1 - підведення плазмообразующего газу, 2 - катод плазмотрона, 3 - корпус катода, 4 - ізолятор, 5 - корпус анода, 6 -порошкове живильник, 7 - підведення газу-носія порошку, 8 - плазмова дуга, 9 - джерело живлення.

Малюнок 2 - Принципова схема плазмового напилення із застосуванням дроту: 1 - підведення плазмообразующего газу, 2 - катод плазмотрона, 3 - корпус катода, 4 - ізолятор, 5 - корпус анода, 6 - механізм подачі дроту, 7 - суцільна або порошковий дріт, 8 - плазмова дуга, 9 - джерело живлення.

Малюнок 3 - Структура покриття, напиляного плазмовим способом

Для поліпшення якості напилених покриттів застосовують такі прийоми:

1) обкатка роликами під електричним струмом;

2) напилення з одночасною обробкою металевими щітками;

3) оплавлення покриттів з самофлюсуючі сплавів. Оплавлення виробляють за допомогою печей, ТВЧ, нагрітих розплавів солей і металів, плазмовим, лазерним або газополуменевим способом. Температура оплавлення покриття нікель-хром-бор-кремній-вуглець становить 900..1200 градусів.

Чистові розміри деталей після плазмового напилення отримують гострінням і шліфуванням з охолодженням водними розчинами і водно-олійними емульсіями. Шліфкруги вибирають з електрокорунду марки Е на керамічній зв'язці, зернистістю 36. 46, твердістю СН. Режими шліфування наступні: швидкість обертання круга 25. 30 м / с, подача кола 5. 10 мм / об, швидкість обертання деталі 10. 20 м / хв, подача деталі 0,015. 0,03 мм / дв.х.

Далі проводять остаточний контроль, в разі, якщо на поверхні деталі з напиленням є тріщини, відшарування, ризики, чорнота, що не витримані чистові розміри, то деталь повертають на виправлення дефекту (не більше 1 рази), при цьому область напилення повинна бути збільшена на 10 . 15 мм по периметру.