высокоскоростное газотермическое напыление

Когда слышишь ?высокоскоростное газотермическое напыление?, первое, что приходит в голову неспециалисту — ну, наверное, очень быстро брызгают. И все. Но суть-то не в скорости как таковой, а в том, что происходит с частицами в этом сверхзвуковом потоке. Многие, даже коллеги по цеху, иногда путают, считая, что главное — разогнать порошок поживее, а там как-нибудь прилипнет. На деле же, если не контролировать пластическую деформацию частицы при ударе, получится не покрытие, а пыль, которая осыплется при первом касании.

От теории к горелке: где кроется подвох

Взялись мы как-то за проект по восстановлению валов экскаватора. Техзадание стандартное: твердость, износостойкость, адгезия. Решили применить именно высокоскоростное газотермическое напыление, карбид вольфрама-кобальт. На бумаге все идеально. Но когда запустили установку — первые образцы отходили пластами. Адгезия была ниже всякой критики.

Стали разбираться. Оказалось, что поставщик порошка слегка ?сэкономил? на фракционном составе. Частицы были неоднородны по размеру, и более мелкая фракция в струе просто перегревалась и выгорала, не долетая до подложки. Крупные же не успевали пластически деформироваться. Получался не монолитный слой, а нечто рыхлое. Пришлось потратить неделю, чтобы методом проб подобрать нужный диапазон фракции и оптимальное расстояние от сопла до детали. Это тот самый случай, когда технологическая карта бессильна без практического опыта.

Кстати, о расстоянии. В учебниках пишут некую усредненную цифру, скажем, 300-350 мм. Но когда работаешь с деталью сложной геометрии, с пазами и буртиками, это расстояние нужно постоянно варьировать, ведя горелку почти вручную. Автоматика, конечно, хороша, но ?чувство металла? она не заменит. Порой приходится уменьшать дистанцию до 250 мм на вогнутых поверхностях, иначе угол распыления становится неэффективным.

Оборудование: не все аппараты одинаково полезны

На рынке много предложений, но не каждое оборудование способно обеспечить ту самую стабильную сверхзвуковую струю, которая и является сердцем процесса. Мы в свое время перепробовали несколько систем. Некоторые, особенно из серии ?универсальных?, грешили нестабильностью давления в камере сгорания, что приводило к пульсациям в потоке и, как следствие, к слоистой структуре покрытия.

В конце концов, остановились на оборудовании от ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования. Не сочтите за рекламу, но их установки показали себя с лучшей стороны именно в плане стабильности параметров. Заходишь на их сайт https://www.lijiacoating.ru — видно, что компания профессионально занимается не только производством, но и исследованиями в области термического напыления. Это чувствуется в деталях: в конструкции сопла Лаваля, в системе точной дозировки порошка. Аппарат не ?глотает? аномальные скачки давления газа.

Один важный нюанс, который часто упускают из виду — подготовка газов. Подаешь пропан-бутан или ацетилен — они должны быть высочайшей чистоты. Малейшая влага или примесь — и температура факела плавает, скорость падает. Пришлось встраивать дополнительную систему осушки и фильтрации, хотя в базовой комплектации ее часто нет. Это та самая ?доводка? оборудования под себя, без которой сложно говорить о стабильно высоком качестве.

Материалы: порошковая головоломка

Сам процесс высокоскоростного газотермического напыления предъявляет жесточайшие требования к порошкам. Сплавы на основе никеля — те еще капризули. Если для плазменного напыления допустим некоторый разброс в форме частиц (сферы, агломераты), то здесь нужны преимущественно сферические частицы с высокой сыпучкостью. Иначе в дозаторе будут образовываться пробки, поток станет прерывистым.

Был у нас печальный опыт с одним, как казалось, перспективным порошком для защиты от кавитации. Состав — сложный карбид. На выходе из установки покрытие получалось… хрупким. При микроскопии увидели трещины уже в самом слое. Причина — слишком высокое содержание углерода и неподходящая скорость охлаждения. Частицы, ударяясь о подложку, не ?растекались?, а раскалывались, как стекло. Пришлось в кооперации с технологами от ООО Чжэнчжоу Лицзя скорректировать состав шихты и режим распыления. Сделали десяток тестовых наплавлений, пока не добились вязкой, прочной структуры.

Отсюда вывод: нельзя просто купить порошок по стандарту и ждать чуда. Его часто нужно ?приручать? — адаптировать под конкретную установку, под конкретную деталь и даже под температуру в цехе в день работы. Это кропотливая, почти ювелирная работа.

Подготовка поверхности: 90% успеха

Можно иметь самую совершенную установку и идеальный порошок, но если подготовка подложки хромает — все насмарку. Абразивно-струйная обработка — это святое, об этом все знают. Но вот о степени шероховатости Ra спорят постоянно. Кто-то утверждает, что чем грубее, тем лучше — больше зацепление. Другие настаивают на оптимальном диапазоне.

На своем опыте скажу: для высокоскоростного газотермического напыления излишняя шероховатость вредна. Частицы покрытия, ударяясь о острые пики профиля, не сминаются, а откалываются, создавая микрополости у основания. Оптимальной вижу Ra в районе 6-8 мкм. И обязательно — сразу после пескоструйки, пока активность поверхности не упала. Максимум — пара часов, а лучше приступать к напылению в течение часа.

Еще один бич — обезжиривание. Даже отпечаток пальца на, казалось бы, чистой поверхности, может стать центром отслоения. Мы перешли на двухэтапное обезжиривание: сначала органическим растворителем, потом ультразвуковая ванна со специальным составом. Да, это удорожает процесс, но зато мы забыли о случайных ?раковинах? адгезии.

Контроль качества: не доверяй, проверяй

И вот покрытие нанесено. Блестит, выглядит монолитно. Самый опасный момент — поверить глазам. Первое, с чего начинаем — это контроль на отслаивание скотч-тестом. Берем не любой, а специальный, с нормированной адгезией. Если хоть чешуйка осталась на ленте — партию в брак, и искать причину.

Но главный инструмент — это, конечно, микроскоп. Металлография напыленного слоя — это как медицинская карта пациента. По ней можно прочитать всю историю процесса: видно, были ли перегретые частицы (они светлее), равномерно ли деформировались, много ли оксидов (темные включения), есть ли непроплавы. Мы для себя установили обязательный контроль каждого пятого изделия в серии, а для ответственных деталей — каждой.

Твердость — важный, но не единственный показатель. Измеряем по Виккерсу, с небольшой нагрузкой, чтобы не продавить тонкий слой. Но еще важнее — остаточные напряжения. Их косвенно можно оценить по искривлению тонкой контрольной пластины-свидетеля после напыления. Если изгиб слишком велик — значит, в слое высокие растягивающие напряжения, и в работе такое покрытие может потрескаться. Приходится корректировать режим, иногда даже подогревать подложку, чтобы снизить градиент температур.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что же такое высокоскоростное газотермическое напыление в итоге? Это не волшебная палочка, а точный, капризный, но невероятно эффективный инструмент. Его нельзя освоить по книжке. Каждый новый материал, каждая новая конфигурация детали — это новый набор проб и ошибок. Успех кроется в мелочах: в сухом газе, в чистом порошке правильной формы, в идеально подготовленной поверхности и в руках оператора, который чувствует процесс.

Сейчас, глядя на ту самую установку в цеху, понимаешь, что она — лишь часть системы. Другая, не менее важная часть — это накопленный багаж неудач и находок, папка с металлографическими снимками и знание, что даже у проверенного поставщика оборудования, вроде упомянутого ООО Чжэнчжоу Лицзя, всегда можно получить не просто аппарат, а консультацию по его тонкой настройке под конкретные задачи. Потому что в нашем деле общих решений не бывает. Только так и получается не ?брызгать быстро?, а создавать по-настоящему долговечные и надежные покрытия.