Плазменное напыление порошковых материалов

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки

Технология: | Нанесение покрытий

Плазменное напыление покрытий является одним из видов газотермического напыления покрытия (ГОСТ 28076—89), применяемого в технологии упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей машин, механизмов, аппаратов, приборов и др.

Плазменное напыление относят к области сварки и резки. Для плазменного напыления применяют преимущественно порошковые материалы, а также проволоку, стержни, прутки.

Техническая плазма — ионизированный газ, в котором объемные плотности положительных и отрицательных электрических зарядов, образующих плазму заряженных частиц, практически одинаковы (условие квазинейтральности) и доля этих частиц сравнительно велика. При этом дебаевский радиус экранирования D намного меньше характерного линейного размера L :

где е — заряд частицы; ni — содержание i-го сорта частиц; k — постоянная Больцмана; Т — температура i-го сорта частиц.

Способ плазменного напыления покрытий на детали изделий в промышленном масштабе начали применять с 50-х годов XX века. Первые отечественные разработки плазменных установок были выполнены в институте металлургии им. А. А. Байкова под руководством акад.

Н. И. Рыкалина и д-ра техн. наук И. Д. Кулагина. Во ВНИИавтогенмаше совместно с ИМЕТ к 1961 г. было разработано отечественное оборудование для плазменного напыления покрытий.

Рис. 1. Обобщенная схема процесса плазменного напыления покрытий (j — угол расхождения струи): 1 — сопло-анод; 2 — ядро плазменной струи; 3 — основной участок плазменной струи; 4 — напыляемое покрытие.

Техническая плазма образуется при электрических разрядах в газах, которые нагревают до высокой температуры, обеспечивающей протекание интенсивной термической ионизации. Плазма представляет собой совокупность нейтральных частиц, положительных ионов, электронного газа, квантов света, которые сложным образом взаимодействуют между собой и внешней средой.

В зависимости от степени ионизации n-отношения концентрации заряженных частиц к полной концентрации частиц — различают слабоионизированную (n — доли процента) плазму; умеренно ионизированную (несколько процентов) и полностью ионизированную (около 100%).

Техническая плазма активно реагирует на внешние электрические и магнитные поля, что обусловлено ее очень высокой электропроводимостью.

Плазма считается «четвертым» особым состоянием вещества после твердого, жидкого, газообразного. При равенстве ионных и электронных температур плазма называется изотермической. Плазму принято называть «холодной», если ее температура порядка 105К (низкотемпературная плазма) и «горячей», если ее температура около 106—107К (высокотемпературная плазма).

• Для напыления покрытий используется холодная плазма.
• Для реализации технологии упрочнения и восстановления рабочей поверхности деталей плазменным напылением в условиях промышленного производства необходим участок, оснащенный специальным комплексом технологического оборудования.
• Производственный участок плазменного напыления покрытий.
• Плазменное напыление покрытий на рабочую поверхность деталей изделий при их упрочнении и восстановлении производится оператором преимущественно вручную, особенно при сложной геометрии напыляемой поверхности и высоких требованиях к качеству покрытий.
• Для получения гарантированного высококачественного плазменного покрытия на деталях важно, чтобы производственный участок был соответствующим образом оснащен и оборудован.
• Основные технико-экономические, санитарно-гигиенические, экологически-эстетические требования, предъявляемые к производственному участку плазменных покрытий:

• участок должен быть расположен на первом этаже вблизи наружных стен производственного здания с обязательным размещением в отдельном помещении или на изолированнойплощади цеха, при этом свободная площадь, нe занятая оборудованием, должна сoставлять нa одного работающего нe менее 10 м2;
• полы участка должны быть несгораемыми, изготовлены из электроизоляционного материала и обладать малой теплопроводностью;
• на участке должен быть размещен комплекс технологического оборудования в соответствиис монтажной схемой энерго-, водо- и газокоммуникаций, в том числе плазменная установка, камера плазменного напыления, камера сухой струйно-абразивной обработки поверхности деталей, автономная система водоохлаждения, система газообеспечения с баллонами газа, камера обезжиривания деталей с локальной вытяжной вентиляцией вредных испарений, система сжатого воздуха, электропечь, сушильный шкаф, вибросито для просева порошков и др.;
• все металлические конструкции на участке должны быть заземлены по контуру заземления медным многожильным проводом сечением не менее 6 мм2;
• наличие механической приточно-вытяжной общеобменной вентиляции, монтаж которой выполнен в соответствии с требованиями действующих «Санитарных норм», при этом приточные установки дoжны быть совмещены c воздушным отоплением при подаче воздуха компaктными струями в верхнюю чaсть помещения или рассеянными cтруями в рабочую зону оператора, а удаление загрязненного воздуха производится из верхней зоны с обязательным очищением;
• камера плазменного напыления должна быть оборудована автономной мощной вытяжной вентиляцией, предусматривающей сбор порошка в системе типа «Циклон», при этом эффективность вытяжки должна быть нe менее 90 % и скорость движeния отсасываемого воздухa в зонe выделения вредных веществ нe менее 1,5 м/с;
• наличие подвода сетевой магистральной питьевой воды с избыточным давлением в системе не менее 0,4 МПа и расходом воды не менее 48 л/мин;
• наличие подвода сетевого сжатого воздуха с избыточным давлением в системе 0,6 МПа;
• наличие подвода сетевой электроэнергии мощностью не менее 120 кВ•А трехфазного тока с промышленной частотой 50 Гц;
• освещение рабочего места оператора должно быть нe менее 1000 лк, при системе общего освещения нe менее 300 лк;
• интерьeр участка, eго стены, потолок и внутренниe конструкции отдельных помещений дoлжны иметь звукопоглощающую облицовку, окрашeны в серый, желтый, голубой тонa, поглощающие ультрафиолетовые лучи, обеспечивающиe рассеянное отражение света c учетoм наименьшего коэффициента отражения;
• участок должен быть оборудован противопожарным постом со штатным инвентарем и средствами тушения пожара;
• недопустимо наличие на участке огнеопасных и легковоспламеняющихся средств и жидких и твердых материалов, хранящихся в открытом виде с нарушением установленных правил противопожарной безопасности;
• баллоны с газами (азотом, аргоном и др.) необходимо устанавливать на расстоянии не ближе 5 м от рабочего места оператора в вертикальном положении с обязательным закреплением, отбор газов производить только через редуктор соответствующего назначения;
• баллоны с водородом устанавливать только с наружной стороны здания в специальной клети, исключая доступ посторонним лицам;
• на участке категорически недопустимо накопление пыли любого происхождения, регулярно производить влажную уборку, соблюдая меры безопасности.

Параметры плазменной струи

Плазменная струя является по существу рабочим инструментом, формирующим покрытие на поверхности детали изделия. Она характеризуется рядом теплофизических и других параметров, к основным из которых относятся:

• скорость (среднемассовая) истечения плазменной струи на срезе сопла плазмотрона, регулируемая расходом плазмообразующего газа и определяемая из уравнения неразрывности течения и уравнения состояния газа,

, (2)

где vп.г — скорость истечения из сопла плазмотрона холодного плазмообразующего газа; tп.г, tп.с —температура холодного плазмообразующего газа и плазменной струи соответственно.

Для электродуговых плазмотронов vп.с = 1000÷1500 м/с;

• энтальпия (среднемассовая) плазменной струи на срезе сопла плазмотрона

, (3)

где Wр — мощность, подводимая к плазмотрону; ηт.р — тепловой кпд плазмотрона; Gп.г — расход плазмообразующего газа; K — доля газа, участвующего в плазмообразовании;

• количество теплоты, получаемой напыляемой частицей за время ее полета в плазменной струе,

, (4)

где α — коэффициент теплоотдачи;

• среднемассовый состав газа по оси плазменной струи на срезе сопла — превалирует плазмообразующий газ;
• длина высокотемпературного участка плазменной струи (условная длина плазменной струи);
• угол расхождения плазменной струи.

Камера сухой струйно-абразивной обработки поверхности деталей.

Предварительная очистка поверхности деталей от хемосорбционных загрязнений предшествует специальной обработке этой поверхности под плазменное напыление покрытия — созданию регламентированной шероховатости и одновременно активации поверхностного слоя напыляемой поверхности путем насыщения ее различными дислокациями и разрушения межмолекулярных/межатомных связей.

Для этой операции применяют сухую струйно-абразивную обдувку поверхности под напыление. Обдувку производят воздушно-абразивной смесью в специальных камерах с применением пистолета эжекционного типа (рис. 2).

Процесс ведут как вручную, так и с использованием механизации. В качестве абразивного агента применяют электрокорунд, карбид кремния, дробь чугунную или стальную колотую и др.

Сжатый воздух обязательно должен быть сухой и очищен от примесей.

Рисунок 2. Камера для сухой струйно-абразивной обработки поверхности деталей (а) и эжекционный воздушный пистолет для ручной обдувки абразивной крошкой (б).

К основным параметрам ССАОПД относятся:

• размер зерен абразивного агента 0,3—1,5 мм;
• давление сжатого воздуха 0,4—0,7 МПа;
• дистанция обдува 0,08—0,15 м;
• угол атаки струйно-абразивной струи с обрабатываемой поверхностью 60—90°;
• расход абразивного агента 300—500 кг/ч;
• время обдува в пятне 25—30 с;
• время выдержки детали после обработки до напыления 2—5 ч.

На рис. 2 приведена схема конструкции камеры для ССАОПД и эжекционный воздушный пистолет для ручной обдувки абразивной крошкой.

Струйно-абразивная обработка поверхности детали вносит существенные изменения в поверхностный слой: происходит его насыщение структурными дефектами.

При высоких кинетических энергиях некоторые абразивные частицы в момент удара о поверхность, имея высокие скорости, могут деформироваться и расплавляться, растекаясь по поверхности со скоростью

1. где с — скорость звука в материале абразивной частицы; vч — скорость абразивной частицы в момент удара о поверхность.
2. Напряжение на обрабатываемой поверхности детали, вызванное растеканием абразивных частиц, оценивается как напряжение в пограничном слое жидкого потока:
3. , (12)
4. где μ — коэффициент динамической вязкости расплавленного материала абразивной частицы; vл — скорость растекания ламинарного слоя; δл — толщина ламинарного слоя.
5. При струйно-абразивной обработке увеличивается поверхность взаимодействия материала плазменного покрытия с основой, что положительно отражается на адгезионной связи покрытия с основой.
6. Камера для плазменного напыления покрытий.
7. В производственных условиях упрочнение и восстановление рабочей поверхности деталей изделий методом плазменного напыления производят на участке обычно в атмосфере воздуха (ра ≈ 0,1 МПа) в специальной камере, изготовленной и оборудованной в соответствии с техническим заданием предприятия.
8. Основные технические характеристики и параметры камеры плазменного напыления покрытия:

• рабочий объем внутренней полости и ее форма определяются в зависимости от геометрических особенностей номенклатуры напыляемых деталей;
• мощность и производительность локальной вытяжной вентиляции;
• механизмы и устройства для закрепления, вращения, перемещения детали при плазменном напылении;
• устройство для закрепления плазмотрона;
• габаритные размеры;
• масса.

Параметры режима плазменного напыления покрытий.

Формирование плазменного покрытия на рабочей поверхности деталей обусловлено влиянием многих параметров процесса напыления, к основным из которых относятся дистанция напыления, ток, напряжение дуги, расход порошкового материала, плазмообразующего и транспортирующего газов, скорость перемещения пятна напыления по поверхности детали и др. Параметры режима регулируются непосредственно оператором.

Техника безопасности и экология в технологии нанесения плазменного покрытия.

При выполнении работ по напылению плазменного покрытия для упрочнения и восстановления рабочей поверхности деталей изделий оператор должен быть защищен от вредных и опасных воздействий (см. Опасные и вредные производственные факторы), к которым в первую очередь следует отнести:

• шум, в том числе его высокочастотную составляющую, ультразвук;
• аэроионизацию;
• электромагнитное излучение (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное);
• химические факторы (озон, оксиды азота);
• твердую фазу аэрозоля (металлы, их оксиды, карбиды, бориды, силициды);
• психофизическое напряжение (физическое, эмоциональное);
• электрический ток и др.

От вредного и опасного воздействия оператор и обслуживающий персонал (при плазменном напылении необходимо присутствие не менее двух операторов) должны быть защищены как индивидуальными средствами, так и комплексом соответствующих мероприятий.

Осмотр, ремонт, чистка, наладка оборудования, расположенного на участке плазменного напыления, производят только после полного отключения электропитания. Периодически следует проверять надежность работы блокировочных систем. Запуск плазменной установки в режиме «Работа» производить только после проверки в режиме «Настройка».

Систематически необходимо проверять состояние всех коммуникаций (электропроводов, шлангов водо- и газообеспечения и пр.). Недопустимо механическое повреждение электрокоммуникаций и действие высоких температур.

Комплекс всех мероприятий по обеспечению безопасности работ на участке плазменного напыления должен быть отражен в специальных технологических инструкциях, разработанных соответствующей службой предприятия.

Подведем итоги:

1. Плазменное напыление широко применяется для упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей изделий. К существенным технико-экономическим достоинствам технологии относятся:

• высокая производительность процесса;
• получение высококачественного покрытия, особенно в условиях общей защиты;
• наличие большого количества технологических факторов, варьирование которых обеспечивает гибкое регулирование процесса напыления;
• высокий коэффициент использования порошкового материала;
• широкая доступность метода как в основном, так и ремонтном производстве;
• экономичность;
• невысокая стоимость простейшего оборудования;
• возможность комплексной механизации и автоматизации процесса;
• продление ресурса дорогостоящих деталей (коленчатых валов, подшипников скольжения, поршневых колей и др.);
• уникальная возможность получения рабочих поверхностей деталей с заданными эксплуатационными свойствами;
• универсальность применения порошковых материалов, в том числе с высокой температурой плавления.

2. Метод плазменного напыления покрытий имеет также ряд недостатков, которые по существу являются резервом в совершенствовании технологии, а именно:

• низкий коэффициент использования электроэнергии, по порошкам 0,001—0,020;
• наличие несплошности (пористости) покрытия (2—15 %), в ряде случаев пористость способствует удержанию смазочного материала в покрытии, что эффективно сказывается на работе деталей в условиях сопряженного трения;
• невысокую прочность сцепления покрытия с основой и в самом покрытии — 80—100 МПа;
• высокий уровень шума — 60—120 дБ (cм. Средства защиты от шума);
• необходимость использования средств индивидуальной защиты от вредных и опасных воздействий в процессе напыления.

3. Широкое применение плазменного напыления покрытий, особенно для упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей изделий широкой номенклатуры, обусловливает необходимость повышения уровня применяемого оборудования и материалов, в том числе:

• повышение надежности и ресурса электродуговых плазмотронов, порошковых дозаторов, камер для напыления и абразивной обработки;
• повышение надежности и эффективности систем водо- и газоснабжения плазменных установок;
• совершенствование технологии плазменного напыления покрытий при расширении номенклатуры напыляемых деталей;
• увеличение номенклатуры применяемых порошковых материалов с целью расширения эксплуатационных свойств плазменного покрытия;
• повышение уровня мероприятий по защите обслуживающего персонала от вредных и опасных воздействий, возникающих в процессе плазменного напыления и др.

Еще страницы по теме Плазменное напыление:

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Технология и процесс плазменного напыления

Несущая поверхность детали иногда требует доработки: изменения структуры или свойств механических и физических параметров. Провести такое преобразование можно, используя плазменное напыление. Процесс является одним из видов диффузии, при которой происходит металлизация внешнего слоя изделия. Для осуществления такой обработки применяют специальное оборудование, способное превращать металлические частички в плазму и с высокой точностью переносить ее на объект.

Свойство покрытий, полученных путем диффузионной металлизации, отличается высоким качеством. Они имеют хорошую адгезию к основанию и практически составляют с последним единое целое. Универсальность метода заключается в том, что нанести можно абсолютно любые металлы, а также другие материалы, например полимеры.

Получить напыление способом плазменного переноса частиц можно только в условиях производственных цехов на заводах и фабриках.

Сущность и назначение плазменного напыления металлов

Суть процесса плазменного напыления заключается в том, что в струю из плазмы, которая имеет сверхвысокие температуры и направлена на обрабатываемый объект, подают дозированное количество частиц металла. Последние расплавляются и, увлекаемые струей, оседают на поверхности детали. К плазменному напылению прибегают в следующих случаях:

1. Создание защитного слоя на изделии. Это может быть механическое усиление, когда на менее прочное основание наносят более прочный металл. С помощью диффузионной металлизации также можно увеличить сопротивляемость детали коррозионному воздействию, если наносить пленку из оксидов или металлов, мало подверженных окислению.
2. Восстановление изношенных деталей. В этом случае за счет нового слоя покрытия можно убрать дефекты разрушения поверхности, чтобы придать изделию первоначальное состояние. В качестве материала напыления здесь используют металл, идентичный материалу основания.

Плазменное напыление отличается от других видов напыления рядом особенностей:

1. Благодаря тому что плазма воздействует на исходное основание при помощи сверхвысоких температур (5000–6000 градусов по Цельсию), процесс протекает в ускоренном режиме. Иногда достаточно долей секунд, чтобы получить заданную толщину напыления.
2. Диффузионная металлизация позволяет наносить как монослой на поверхность, так и делать комбинированное напыление. При помощи плазменной струи можно дополнять диффундируемый металл элементами газа, необходимыми для насыщения слоя элементарными частицами нужных химических элементов.
3. При плазменном напылении практически отсутствует эффект дополнительного окисления основного металла. Это связано с тем, что реакция протекает в среде инертных газов без привлечения кислорода.
4. Финальное покрытие обладает высоким качеством за счет идеальной однородности и равномерности проникновения атомов напыляемого металла в слой основания.

Методом диффузионной металлизации плазменного типа можно получать слои толщиной от нескольких миллиметров до микрон.

Технология и процесс напыления

При газоплазменном напылении металлов основой рабочей газовой среды являются инертные газы азот или аргон. Дополнительно по необходимости технологического процесса к основным газам может быть добавлен водород.

Между катодом, в качестве которого выступает электрод в виде остроконечного стержня внутри горелки, и анодом, коим является подвергаемое водяному охлаждению сопло из меди, в процессе работы возникает дуга.

Она прогревает до необходимой температуры рабочий газ, который обретает состояние плазменной струи.

Одновременно в сопло подается металлический материал в виде порошка. Этот металл под воздействием плазмы превращается в субстанцию с высокой способностью к проникновению в поверхностный слой обрабатываемого изделия. Распыляемый под давлением расплавочный материал оседает на основании.

Современные плазменные горелки имеют КПД в пределах 50–70 %. Они позволяют работать с любыми металлами, в том числе и тугоплавкими сплавами. Плазменное напыление – полностью управляемый процесс, позволяющий регулировать скорость подачи плазмы, мощность и форму струи.

В случае восстановления формы детали путем плазменного напыления технологический процесс имеет следующие этапы:

1. Подготовка напыляемого материала. Суть процесса заключается в сушке порошка в специальных шкафах при температуре 150–200 градусов по Цельсию. При необходимости порошок также просеивают через сито для получения однородных по размеру гранул.
2. Подготовка подложки или основания. На этом этапе с поверхности детали удаляют все посторонние включения. Это могут быть окислы либо различные загрязнения масляными веществами. Для лучшего сцепления основание может быть подвергнуто дополнительному процессу образования шероховатости. Если на изделии имеются участки, которые не следует подвергать напылению, их закрывают специальными экранами.
3. Напыление слоя металла и операции по заключительной обработке полученной поверхности.

К подложке напыляемый материал может доходить в твердом состоянии, в пластичной форме либо в жидком виде. Это определяется режимом технологического процесса.

Применяемое оборудование

Стандартный комплект установки плазменного напыления включает в себя:

1. Источник электрического питания. Его назначение – питать схему формирования высоковольтного разряда и всех систем.
2. Блок формирования разряда. В зависимости от устройства схемы может генерировать искровые разряды, импульсные высокочастотные напряжения либо сплошную электрическую дугу.
3. Резервуары хранения газа – это чаще всего обычные газовые баллоны.
4. Камеру, где непосредственно происходит напыление. Внутрь такого герметичного резервуара помещают обрабатываемую заготовку и плазмотрон.
5. Установку вакуумного типа с насосом. В задачи этого агрегата входит создание требуемого разряжения в камере и образование тягового потока для подачи рабочей среды.
6. Плазмотрон – устройство, которое снабжено соплом для подачи рабочей среды и системой приводов для перемещения сопла в пространстве.
7. Систему дозирования напыляемого порошка. Служит для точной подачи необходимого количества напыляемого материала в единицу времени.
8. Охлаждающую систему. В задачу этого элемента входит отвод лишнего тепла от области сопла, через которое проходит раскаленная плазма.
9. Аппаратную часть. Она включает в себя компьютер, который управляет всем процессом плазменного напыления.
10. Систему вентиляции. Она служит для отвода отработанных газов из рабочей камеры.

Современные установки диффузионной металлизации имеют специальное программное обеспечение, позволяющее путем введения заданных параметров проводить полностью автономную операцию обработки изделия. В задачи оператора входит установка детали в камеру и задание точных условий проведения процесса.

Уважаемые посетители сайта: специалисты и технологи по плазменному напылению! Поддержите тему статьи в х. Будем благодарны за конструктивные замечания и дополнения, которые расширят обсуждаемый вопрос.

Поиск записей с помощью фильтра: ГибкаЗаточкаЗащитаКовкаРезкаСваркаСверлениеСлесарнаяТермоТокарнаяШлифовка АрматураКвадратКругЛистПолосаПроволокаТрубаУголокШвеллер АлюминийЛатуньМедьНержавейкаОцинковкаТитанЧугун

Плазменное напыление — АО Плакарт

Плазменное напыление (APS, Air Plasma Spray, воздушно-плазменное напыление) — материал (порошок) будущего покрытия подается в плазматрон и нагревается до плавления и переносится на поверхность плазменным потоком.

Особенность плазменного напыления — высокая температура плазменной струи (до 20 — 22 тыс. градусов Цельсия), высокая скорость перемещения частиц в струе (до 500 м/с). Нагрев поверхности при этом не более 200 град.

С помощью установок атмосферного плазменного напыления Плакарт P-1000 можно наносить:

• износостойкие;
• коррозионностойкие;
• теплозащитные;
• уплотнительные;
• антифрикционные покрытия;

Плазменные установки Плакарт обеспечивают нанесение покрытий из широкого спектра керамических и металлических порошковых материалов на практически любые внешние и внутренние поверхности отверстий глубиной до 1000мм и диаметром более 125 мм. Плазменные покрытия внесены в конструкторскую документацию на многих отраслевых (авиационных, турбостроительных и пр.) предприятиях и институтах

Преимущества технологии воздушно-плазменного напыления:

• независимость нанесения покрытия от геометрии поверхности: стабильное качество покрытия обеспечивается как на плоских ровных поверхностях (листы, плиты), так и на крупногабаритных объектах и изделиях сложной формы;
• покрытие (металлы, твердые сплавы, керамику, металлокерамику, полимеры) можно наносить на металлы, пластик, и даже на не терпящие воздействия экстремально высоких температур. При этом практически не происходит деформации основного материала, на который напыляется покрытие;
• равномерное стабильное качество покрытия обеспечивается и на большой площади, и на ограниченных участках больших деталей;
• возможно напыление многослойного покрытия толщиной в несколько миллиметров, что очень важно при восстановлении геометрии изношенных деталей.

Покрытия, наносимые плазменным напылением, отличаются хорошей равномерностью, стабильностью, высокими плотностью и адгезией.

Установка плазменно-порошкового напыления Plakart Р-1000 предназначена для нанесения износостойких, коррозионностойких, теплозащитных, уплотнительных, антифрикционных и других покрытий, придающих рабочей поверхности деталей новые свойства и увеличивающие их рабочий ресурс. Большой выбор отработанных технологий напыления на данной установке позволяет получать хорошо повторяемые покрытия высокого качества.

В установке Plakart P-1000 в качестве плазмообразующего газа используется аргон и водород. При необходимости, в качестве плазмообразующих могут использоваться различные газовые смеси, азот, гелий (доп. опция) и др.

Технология напыления

Расплавление высокотемпературным источником энергии распыляемого материала с образованием двухфазного газопорошкового потока, с формированием покрытия, как правило, толщиной 0,1-1 мм и нагреве напыляемой детали не более 150°С.

В зависимости от используемого источника энергии существуют следующие способы напыления:

• газопламенное, с использованием тепла сгорания горючих газов (ацетилена, пропан-бутана и др.) в смеси с кислородом или сжатым воздухом;
• электродуговое, при плавлении двух проволок электрической дугой и распылении сжатым воздухом расплавленного металла;
• детонационное, в котором перенос и нагрев порошкового материала осуществляется ударной волной, образующейся в результате взрыва горючей смеси и выделении при этом теплоты;
• плазменное, где нагрев и разгон наносимого порошкового материала осуществляется плазменной струёй;
• высокоскоростное (HVOF, HVAF), когда порошковый материал подается в камеру сгорания смеси, содержащей кислород и горючие газы (водород, пропан, метан) или горючее (керосин), с последующим его прохождением через расширяющееся сопло Лаваля;
• холодное газодинамическое — нанесение покрытий из пластичных порошковых материалов (в смеси с оксидом алюминия) при их разгоне сверхзвуковыми газовыми струями, нагретыми до температуры 300-1000°С.

Назначение

Нанесение функциональных покрытий и восстановление размеров изношенных и бракованных поверхностей с использованием металлических, керамических, металлокерамических, полимерных и других материалов.

За счет нанесения покрытий поверхности деталей могут приобретать улучшенные характеристики износостойкости, антифрикционности, термостойкости, жаростойкости, эрозионной стойкости, фреттингостойкости, кавитационной стойкости, коррозионной стойкости, электроизоляционных и теплоизоляционных свойств, поглощения или отражения излучения и др.

Выбор

Состоит из определения способа напыления (см. табл.), напыляемого материала, оборудования, технологических режимов для получения заданных свойств покрытия. Параметры режима работы оборудования, связанные с тепловой мощностью и скоростью истечения энергетической струи, выбираются с учетом коэффициента использования материала, адгезии, пористости, проплавляемости покрытия, количественного распределения оплавленных частиц по пятну напыления и других характеристик.

Выбор материала для формирования покрытия определяется условиями эксплуатации напыляемых деталей, требованиями к его толщине и физико-механическим характеристикам после напыления и обработки. Практически, известно около 100 видов распыляемых материалов.

Технико-экономические показатели видов напыления

Метод напыления	Вид напыляемого материала	Оптимальная толщина покрытия	Температура пламени, дуги, детонации, струи	Скорость истечения пламени, дуги, детонации, струи	Скорость частиц	Прочность сцепления покрытия с основой	Пористость покрытия	Производительность процесса — металл	Производительность процесса — керамика	Коэф-фициент исполь-зования материала	Уровень шума
мм	К	м/с	м/с	МПа	%	кг/ч	%	дБ
Газопламенный	порошок, проволока	0,1-1,0	3463 (С2Н2+О2)	150-160	20-80	5-25	5-25	3-10	1-2,5	70-90	70-110
Электродуговой	проволока	5300-6300	100-300	50-150	10-30	5-15	2-50	75-95	75-120
Детонационный	порошок	2500-5800	2000-3000	600-1000	10-160	0,5-6	0,1-6,0	0,5-1,5	25-60	125-140
Плазменный — в инертных средах	порошок, проволока	5000-15000	50-400	10-60	2-15	0,5-8 (20-60 кВт)	70-90	75-115
Плазменный — в активных средах	1000-1500	15	5	70-90	110-120
Плазменный — в разряженных средах	2900	500-1000	70-80	0,5-1	≤75
Высокоскоростной	порошок	2500-3000	2600	350-500	10-160	0,3-1	3-4	40-75	100-120

Преимущества

• высокая универсальность процессов, позволяющая наносить покрытия широкого функционального назначения, а также восстанавливать размеры изношенных деталей;
• малое термическое воздействие на напыляемую основу (интегральная температура нагрева деталей при напылении не превышает 150°С), что позволяет исключить нежелательные структурные превращения в ней и избежать деформаций;
• нанесение покрытий на детали, изготавливаемые практически из любого материала;
• отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий;
• нанесение покрытий на локальные поверхности;
• нанесение многослойных покрытий разнородными материалами;
• высокая технологичность процесса, в связи с гибкостью регулирования параметров режима;
• получение регламентируемой однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;
• положительное влияние на усталостную прочность основы, за счет получения при напылении слоистой структуры покрытия;
• нанесение равномерного покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;
• эксплуатация, в отдельных случаях, напыленных деталей без последующей механической обработки;
• использование напыления для формообразования деталей или аддитивных процессов (напыление производят на поверхность формы-оправки, которую после окончания процесса удаляют, и остается оболочка из напыленного материала);
• высокая производительность и автоматизация процесса.

Фотографии производства

Недостатки

• нестойкость напыленных покрытий к ударным механическим нагрузкам (кроме оплавляемых);
• анизотропия свойств; низкий коэффициент использования напыляемого материала при нанесении покрытий на мелкоразмерные детали;
• обязательное использование перед процессом напыления активационной обработки (например, абразивно-струйной);
• выделение в процессе напыления аэрозолей напыляемых материалов и побочных газов;
• повышенный уровень шума, а в случаях связанных с электрической дугой — ультрафиолетового излучения.

Ссылки на книги и статьи

• Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. Изд-во Политехнического ун-та. СПб.: 2013. — 406 с.
• Тополянский П.А., Тополянский А.П. Прогрессивные технологии нанесения покрытий — наплавка, напыление, осаждение. Арматуростроение. 2011. — № 4 (73). — С. 63-68
• Тополянский П.А., Соснин Н.А., Ермаков С.А. Напыление порошковых покрытий плазмотронами с фиксированной длиной сжатой дуги. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 9-ой практической конференции 10-13.04.2007 г. Санкт-Петербург, Изд. Политехнического ун-та. Санкт-Петербург. 2007. ч.1. — С. 249-257
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Кавитационностойкие плазменные покрытия роторов электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28 марта 2001 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ, 2001. — С. 39-44
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Нанесение эрозионностойких покрытий на вентиляционные лопатки турбогенераторов методом плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28.03. 2001 г. СПб. Изд. СПбГТУ, 2001. — С. 33-39
• Тополянский П.А., Шемонаев Л.Ф. Исследование токосъемных алюминиевых шин с электропроводящими покрытиями, нанесенными методами газопламенного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ. 2003. — С. 107-112
• Тополянский П.А. Электроизоляционные покрытия, наносимые методом воздушно-плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 112-115 112
• Тополянский П.А. Нанесение антифрикционных покрытий на детали торцовых уплотнений электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 102-107 112
• Тополянский П.А. Газотермическое напыление баббитовых покрытий на детали подшипников скольжения. Турбины и компрессоры. 2003. №3-4. — С. 58-61
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Методология разработки технологических процессов газотермического напыления защитных и износостойких покрытий. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 28-45 61
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Технологический аудит процессов нанесения покрытий и упрочнения. Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции 30 мая — 1 июня 2002 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ. Санкт-Петербург. 2002.- С. 132-141
• Бланк Е.Д., Слепнев В.Н., Галеев И.М., Тополянский П.А. Композиционные детонационные покрытия на основе оксида алюминия. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции 15-18 апреля 2008 г. Ч. 1. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2008. — С. 58-61
• Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Чижиков В.В., Колесов С.С. Повышение износостойкости поверхностей трения деталей из алюминиевых сплавов газотермическими покрытиями. Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. Материалы 11-й Международной научно-практической конференции 14-17 апреля 2009 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2009, Ч.1. С. 204-206
• Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Зюмченко П.С., Васильев В.Ф. Повышение износостойкости и герметизирующей способности подвижных соединений уплотнительных устройств. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — С. 88-90
• Пименов А.В., Галеев И.М., Тополянский П.А. Опыт применения газотермических сверхзвуковых методов нанесения высокопрочных покрытий. Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2 ч. Часть 1: Материалы 15-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — С. 173-174
• Галеев И.М., Тополянский П.А. Особенности сверхзвуковых методов нанесения покрытий. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — С. 430-432

«Плазмацентр» предлагает

• услуги по восстановлению размеров и нанесению функциональных покрытий;
• поставка оборудования и материалов для процессов сварки, пайки, наплавки, напыления, осаждения, аддитивных технологий (например, газопламенного, плазменного, высокоскоростного и детонационного напыления, плазменной наплавки, электроискрового легирования, порошковые дозаторы, приборы контроля);
• проведение НИОКР в области инженерии поверхности, трибологии покрытий, плазменных методов обработки, выбора оптимальных покрытий и методов их нанесения;
• обучение, консалтинг в области наплавки, напыления, упрочнения, модификации, закалки.

 

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: [email protected]

 

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.