Плазмове напилення металевих покриттів: як працює і де застосовується
Плазмове напилення дає можливість наростити на стальній деталі шар кераміки, твердого сплаву чи корозійностійкого металу без термічного впливу на основу. Технологія прийшла з авіації та космосу й давно опустилася до звичайного ремонту зношених вузлів. Правильно нанесене покриття плазмою продовжує ресурс шийки валу, штампа чи гільзи циліндра у кілька разів.
Принцип роботи плазмотрона
У плазмотрон подають робочий газ: аргон з домішкою водню або азот. Електрична дуга між вольфрамовим катодом і мідним анодом іонізує його до плазми з температурою 15000-20000°C. У розжарений струмінь дозовано вводять порошок покриття через бічний канал. Частинки миттєво плавляться й розганяються до 100-300 м/с. Розплав ударяється об деталь, розтікається пластинками товщиною кілька мікрон і миттєво застигає, формуючи щільне механічне зчеплення з попередньо підготовленою основою. Температура самої деталі не перевищує 150°C, тому основний метал не змінює структури і не веде його термічно. Плазмотрон охолоджують проточною водою через сорочку у корпусі, інакше мідне сопло прогорить за кілька хвилин безперервної роботи.
Які матеріали напилюють
Ніхром Ni-Cr береться під термостійкі шари й підшари, оксид алюмінію Al2O3 дає діелектричний і зносостійкий шар, оксид цирконію ZrO2 стабілізований оксидом ітрію стоїть на лопатках турбін як TBC-покриття. Твердий сплав WC-Co у порошку тримає удар і абразив на пуансонах штампів. Порошки фракції 20-60 мкм підбирають під конкретне поле температур і навантаження вузла. Газотермічне напилення охоплює й бронзу для реставрації підшипникових пар, і молібден для антифрикційних поверхонь. Хромова окалина Cr2O3 працює на поршневих кільцях у парі з чавуном.
Товщина і структура покриття
Робочий діапазон товщини від 0.1 до 2 мм за один прохід технологічної установки. Понад це шар починає розтріскуватися від внутрішніх напружень, що виникають при усадці кожного новоприбулого сплеску. Структура шаруватого типу: сплеск за сплеском, з характерною пористістю 2-8%. Пори іноді запечатують силіконовим просоченням чи фторопластом, іноді залишають - вони працюють як резервуар для мастила чи буфер для термічних деформацій. Перед напиленням поверхню обробляють корундоструминним апаратом, щоб отримати шорсткість Rz 40-80 мкм і чисту зерниту базу для зчеплення.
Авіація, енергетика і ремонт
Термобар'єрне покриття ZrO2 на лопатках газових турбін дозволяє підняти температуру перед турбіною на 100-150°C і додати кілька відсотків до ККД двигуна. Поршневі кільця дизелів покривають Cr2O3, штампи гарячого штампування - карбідом вольфраму, лопатки компресорів - стійкими до ерозії сплавами. У сервісі плазмою відновлюють зношені шийки валів, посадочні місця під підшипники, штоки гідроциліндрів, гнізда під сальники. Ресурс вузла після такого ремонту зростає у 3-5 разів проти нової деталі без покриття.
Обладнання й економіка
Промисловий комплекс плазмового напилення коштує від 500 тисяч гривень у базовій ручній версії до 3 млн грн за роботизовану камеру з витяжкою й програмою руху пальника по CNC-траєкторії. Витратка складається з порошку, аргону, електроенергії й тонких вольфрамових електродів плазмотрона. Захисне покриття метал витримує там, де відкрита сталь давно б задерла чи прогоріла. Тому напилення виправдовує себе на будь-якому серійному ремонті машин у гірничій, металургійній, енергетичній і папероробній галузях. Металеву сировину під підшари можна замовити на zpsplav.com.ua.