Газотермические покрытия

Газотермические покрытия с конца прошлого века по праву заняли одно из ведущих мест среди технологий нанесения защитных покрытий. Развитие газотермического напыления позволило достигнуть высочайшего качества покрытий, большой производительности и стабильности технологического процесса. Это стало возможным с появлением детонационно-газового и  высокоскоростного методов напыления.

Детонационное напыление. Сущность детонационного метода напыления заключается в следующем. В водоохлаждаемый заполненный газовой взрывчатой смесью ствол дозировано подаются напыляемые частицы мелкодисперсного порошка. После этого в смеси газа возбуждается детонация. В результате взаимодействия с продуктами детонации частицы порошка нагреваются и ускоряются по направлению к поверхности напыляемой детали. При столкновении с подложкой кинетическая энергия частиц преобразуется в тепловую энергию. В результате на поверхности детали формируется плотное покрытие с высокой адгезией. Затем в стволе происходит релаксация давления. Остатки продуктов детонации продуваются не реагирующим газом, и ствол вновь заполняется газовой взрывчатой смесью. В этот момент производится манипулирование положением ствола относительно напыляемой детали и процесс нанесения покрытия циклически повторяется. Таким образом формируется равномерный слой покрытия.

Главными преимуществами детонационного напыления являются:
• низкая пористость покрытия (не более 1%);
• отсутствие перегрева напыляемой детали;
• высокая адгезия покрытия (более 80 МПа);
• высокий коэффициент использования материала.

Детонационный метод  позволяет наносить покрытия из металлов, их сплавов, оксидов, карбидов металлов и др. Главным недостатком детонационного метода является низкая производительность из-за цикличности процесса напыления. Наибольшую эффективность данный метод имеет при нанесении высококачественных покрытий на малогабаритные детали.

Метод высокоскоростного газотермического напыления AC-HVAF. Суть данного метода заключается в следующем. В специальной горелке, сконструированной по принципу ЖРД, генерируется сверхзвуковая реактивная газовая струя. В качестве горючего газа используется пропан, а окислителя - сжатый воздух. При сгорании газовой смеси образуется сверхзвуковая струя. Скорость газовой струи составляет примерно 8 скоростей звука. Температура струи не превышает 1500оС. Тепловая мощность сверхзвуковой струи составляет 500 кВт (с использованием специальной ручной горелки - 250 кВт). После выхода процесса горения на рабочий режим в сверхзвуковую струю по центру оси подается мелкодисперсный порошок (напыляемый материал) с фракцией -45 +10 мкм. Порошок подается непрерывно с равномерной скоростью подачи. При этом частицы порошка захватываются струей, нагреваются и разгоняются до скорости примерно 800..850 м/с. Таким образом, частицам порошка кроме тепловой энергии передается огромная кинетическая энергия. При этом диапазон температуры разогрева частиц порошка в струе находится ниже температуры плавления материала порошка (1000 … 1200 оС), что обеспечивает очень низкое содержание кислорода в сформированном покрытии. Кинетическая энергия частиц в момент соударения их с подложкой переходит в тепловую, таким образом, обеспечивается высокая адгезия (более 80 МПа), когезия и сверхнизкая объемная пористость покрытия (менее 1%). Это позволяет обеспечить герметичность покрытия и получать при использовании технологии суперфинишной обработки шероховатости поверхности Ra=0,01 мкм.

Струя AC-HVAF. (По центру струи со сверхзвуковой скоростью движутся разогретые частицы распыляемого металлического порошка)
В процессе напыления поверхность обрабатываемого изделия как правило нагревается до температуры 100 … 180 оС. Достаточно низкий нагрев обрабатываемого изделия достигается за счет высоких скоростей манипулирования и применением специальных технологических мероприятий. При напылении тонкостенных изделий происходит более интенсивный их нагрев, поэтому необходимо обеспечивать специальные технологические мероприятия, обеспечивающие поддержание требуемого температурного режима. Такой температурный режим обрабатываемого изделия гарантирует отсутствие структурных превращений и термических деформаций, что позволяет использовать техпроцесс как для защиты от коррозии и износа новых изделий, так и для восстановления изношенных деталей.

Метод AC-HVAF позволяет наносить покрытия толщиной от 50 мкм до нескольких миллиметров. Оптимальную же толщину покрытия следует выбирать в каждом конкретном случае исходя из эксплуатационных, технологических и экономических соображений. Так, например, при защите от коррозии оптимальная толщина покрытия варьируется в диапазоне от 150 до 350 мкм. При нанесении износостойких покрытий толщина покрытия выбирается в диапазоне от 300 до 600 мкм. При восстановлении деталей толщина покрытия может быть значительно больше оптимальных значений и определяется исходя из состояния изношенной детали, технологических и экономических соображений.

Методом AC-HVAF может быть нанесено покрытие на сталь, чугун и цветные металлы. Материал покрытия - металлы и сплавы. Кроме того, данный метод позволяет наносить высококачественные покрытия из металлокерамики (карбид вольфрама, карбид хрома и др. с микротвердостью до 74 HRC), обладающей высокой твердостью. Такой ассортимент материалов позволяет обеспечить очень широкий спектр свойств покрытий. В подавляющем большинстве случаев путем подбора покрытия достигается многократное увеличение ресурса новых деталей. Применение современных высококачественных газотермических покрытий позволяет эффективно решать ряд проблем - износ трущихся деталей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозию и др.

Представляемая технология позволяет наносить покрытие на детали практически любых размеров. Настоящая технология может быть успешно использована при восстановлении как мелких, так и крупногабаритных деталей. Вместе с тем, решая проблему восстановления, достигается значительное увеличение износостойкости деталей, и как следствие повышение надежности оборудования в целом. Применяя различные материалы, износостойкость восстановленных деталей увеличивается от 2-х до 15-ти раз по отношению к оригинальной детали без покрытия. Это в свою очередь позволяет существенно увеличить межремонтный период оборудования и его ресурс.

Преимущества AC-HVAF процесса перед  другими процессами:
• Низкая температура нагрева частиц порошка;
• Низкие остаточные напряжения;
• Низкое содержание кислорода в покрытии (незначительное окисление);
• Низкая декарбидизация при напылении металлокерамики;
• Постояноство свойств покрытия;
• Низкая пористость;
• Высокая адгезия.