Плазменное напыление и наплавка

Когда слышишь 'плазменное напыление', первое, что приходит в голову — это что-то вроде магии с раскалённым газом. Но на деле всё куда прозаичнее, особенно когда видишь, как новички путают термины или пытаются нанести покрытие 'на глаз'. Вот, например, в Шэнчэнь пару лет назад был случай: привезли нам деталь конвейера из карьера, вся в выработке. Решили, что плазма справится с любым износом, а в итоге получили отслоение через неделю. Оказалось, подготовка поверхности — это не просто 'пройтись щёткой'.

Что на самом деле скрывается за технологией

Если говорить грубо, плазменное напыление — это не просто 'пшикнуть порошком в огонь'. Температура плазмы достигает 15 000°C, но если не контролировать скорость подачи газа, вместо покрытия получишь оплавленные края. Помню, как на испытаниях для горнорудного комбината в Кузбассе мы трижды переделывали параметры — то porosity зашкаливает, то адгезия слабая. В итоге остановились на аргоновой среде с добавкой 12% водорода, но это уже нюансы.

А вот плазменная наплавка — это вообще отдельная история. Тут главное — не перегреть основу, особенно если работаешь с легированными сталями. Как-то раз пришлось восстанавливать вал экскаватора, так заказчик требовал 'сверхтвёрдый слой'. Нанесли карбид вольфрама, а потом выяснилось, что деталь начала коробиться от остаточных напряжений. Пришлось разрабатывать многослойный вариант с никелевой прослойкой — и это только для одного конкретного случая.

Кстати, в ООО Цзянсу Шэнчэнь Металлургическое Оборудование как раз понимают эти тонкости. Их инженеры никогда не требуют 'сделать побыстрее', всегда сначала запрашивают метало-графию основы. Реально приятно работать, когда техзадание содержит не только требования к твёрдости, но и данные о рабочих нагрузках.

Оборудование: от теории к практике

У нас в цеху стоит плазмотрон немецкого производства, но честно говоря, китайские аналоги уже почти не уступают. Главное — система подачи порошка. Если шнек забивается — всё, процесс пошёл вразнос. Как-то при работе с мелкодисперсным карбидом хрома приходилось каждые 20 минут чистить канал, пока не поставили вибрационный дозатор.

Вакуумные камеры — это отдельный разговор. Для напыления циркония под высокотемпературные узлы без них никак, но сколько раз бывало — течь в уплотнениях обнаруживается только при рабочем вакууме. Однажды пришлось экстренно останавливать процесс из-за падения давления, потеряли почти полсмены. Зато теперь всегда держим запас манжет из фтор-эластомера.

На сайте jsscyjsb.ru я как-то видел их разработку — установку для наплавки роликов конвейеров. Интересное решение с водяным охлаждением сопла, мы подобное пробовали адаптировать для ремонта штампов горячего формования. Правда, пришлось модернизировать — наши штампы работают при 800°C, стандартные параметры не подошли.

Материалы: что работает, а что только в теории

С керамическими покрытиями всегда лотерея. Оксид алюминия, конечно, классика, но для ударных нагрузок — катастрофа. А вот оксид циркония с иттриевой стабилизацией — другое дело, но и цена кусается. Как-то пробовали для печных роликов — результат отличный, но заказчик ахнул от стоимости.

Металлокерамические порошки — моя слабость. Никель-алюминиевые системы дают ту самую 'самопроизвольную адгезию', о которой в учебниках пишут. Но вот с карбидом вольфрама в кобальтовой матрице вечные проблемы — если порошок хоть немного окислился, покрытие получается с рытвинами. Проверено на горьком опыте при восстановлении буровых коронок.

Шэнчэнь в своих решениях делает упор на комплексный подход — видел их отчёт по применению многослойных покрытий для шнеков транспортёров. Там сначала наносится подслой из нержавейки, потом твердосплавный слой, а сверху — что-то типа стеллита. Мы пробовали повторить, но без их рецепта порошковой смеси не вышло — адгезия между слоями слабая получилась.

Типичные ошибки и как их избежать

Самое больное место — подготовка поверхности. Пескоструйка пескоструйке рознь. Если использовать абразив с закруглёнными гранями вместо острого — адгезия падает на 30%. Проверяли на сдвиговых испытаниях, разброс результатов просто шокирует.

Скорость напыления — многие гонятся за производительностью, а потом удивляются трещинам. Для толстых слоёв выше 2 мм нужно обязательно делать перерывы для охлаждения. Помню, как при ремонте опорной плиты пресса пришлось разрабатывать целый график — 15 минут работы, 10 минут пауза с обдувом воздухом.

Контроль качества — тут без компромиссов. Ультразвуковой дефектоскоп обязателен, визуального осмотра недостаточно. Как-то пропустили микротрещину в покрытии рабочего колеса насоса — через месяц заказчик вернул с разрушением по всей поверхности. Теперь всегда делаем выборочный контроль торцевыми щупами.

Перспективы и личные наблюдения

Последнее время всё чаще запрашивают гибридные технологии — например, плазменное напыление с последующей лазерной обработкой. Пробовали на клапанах ДВС — плотность покрытия увеличивается на 15-20%, но экономическая эффективность под вопросом.

Интересно, что в Шэнчэнь сейчас экспериментируют с градиентными покрытиями для экстремальных температур. Если судить по их патентам, они комбинируют плазменное напыление и СВС-синтез прямо в процессе нанесения. Выглядит перспективно, но для серийного производства пока сложновато.

Лично я считаю, что будущее за адаптивными системами с обратной связью. Уже сейчас пробуем интегрировать пирометры в процесс наплавки — автоматически подстраивать параметры по температуре подложки. Пока сыровато, но на простых деталях типа валов уже работает.

В общем, плазменные технологии — это не про 'включил и забыл'. Каждый раз приходится балансировать между технологической картой и реальными условиями. Как говаривал наш технолог со стажем: 'Плазма прощает ошибки, но не забывает их'. И ведь правда — все огрехи потом всплывают при эксплуатации. Поэтому в ООО Цзянсу Шэнчэнь Металлургическое Оборудование я ценю именно системный подход: они всегда предоставляют полные данные по режимам обработки, а не просто кидают деталь 'сделайте что-нибудь'.