газотермическое напыление сплавов

Когда слышишь ?газотермическое напыление сплавов?, многие представляют себе простое распыление порошка на деталь. На деле же — это целая философия восстановления и упрочнения, где каждый параметр, от скорости частицы до температуры газа-носителя, решает, будет ли покрытие держаться десятилетия или отлетит через месяц. Самый частый прокол — гнаться за толщиной, забывая про адгезию. Видел такое не раз.

Суть процесса и где кроется дьявол

Если говорить грубо, принцип прост: разогнать частицы сплава в высокотемпературном газовом потоке и ударить ими о подложку. Но вот ?ударить? — это ключевое. Энергии должно хватить не только для пластической деформации частицы, но и для того, чтобы пробить оксидные плёнки и обеспечить металлургический контакт. Часто именно на этом этапе и случаются осечки.

Взяли, к примеру, порошок никелевого сплава типа ХН77ТЮР для напыления на лопатку турбины. Казалось бы, всё по учебнику: газ — пропан-кислород, расстояние стандартное. А покрытие пористое, с непрореагировавшими зёрнами. Почему? Оказалось, влажность газа-носителя была выше нормы. Мелочь, а приводит к микровзрывам частиц в струе.

Тут важно не столько оборудование, сколько понимание физики. Даже хороший аппарат, вроде тех, что делает ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования (их сайт — https://www.lijiacoating.ru), — это лишь инструмент. Они, кстати, как раз из тех, кто не просто продаёт установки, а профессионально занимается исследованиями в этой области. Но настройка режима — это уже ручная, почти ювелирная работа оператора.

Выбор сплава: не всякий порошок годится

Сплавы для газотермического напыления — отдельная песня. Самый распространённый класс — самофлюсующиеся никелевые сплавы. Их прелесть в том, что они содержат бор и кремний, которые работают как раскислители прямо в процессе напыления. Это резко повышает чистоту границы раздела.

Но есть нюанс с размером частиц. Фракция -45+15 мкм считается классической для многих задач. Однако если нужно напылить тонкий, плотный слой для защиты от кавитации, например, на крыльчатку насоса, иногда приходится дробить до -30+5 мкм. При этом резко растут потери на унос, и экономика процесса летит вниз. Приходится искать баланс.

Пробовали как-то использовать более дешёвый железный-based сплав вместо никелевого для восстановления шеек валов. Свойства по твёрдости были схожи. Но коррозионная стойкость в условиях переменно-влажной среды оказалась катастрофически низкой. Пришлось переделывать. Урок: сэкономил на материале — потерял на гарантийных случаях.

Подготовка поверхности — 80% успеха

Можно идеально подобрать сплав и режим, но если подготовка поверхности хромает, всё насмарку. Абразивно-струйная обработка (АСО) корундом — must have. Но и тут не всё однозначно.

Главное — не перестараться. Слишком грубая шероховатость приводит к тому, что частицы покрытия ?зависают? на вершинах микронеровностей, не заполняя впадины. Образуются полости — будущие очаги отслоения. Оптимальная шероховатость Ra обычно в диапазоне 3,2–6,3 мкм, но это сильно зависит от материала основы. Для чугунных станин нужно одно, для алюминиевых сплавов — совсем другое, тут часто идут через фосфатирование.

Однажды был курьёзный случай. Деталь после АСО выглядела идеально. Но адгезия была нулевой. Долго ломали голову, пока не выяснили, что перед напылением поверхность протёрли обычной цеховой ветошью, пропитанной силиконовой смазкой. Невидимая плёнка полностью заблокировала сцепление. Теперь у нас жёсткое правило: обезжиривание непосредственно перед загрузкой в камеру.

Режимы и ?чувство струи?

Технологическая карта — это хорошо. Но живой процесс всегда вносит коррективы. Давление кислорода и горючего, расход порошка, расстояние напыления, скорость перемещения горелки — всё взаимосвязано.

Например, увеличиваешь расстояние, чтобы снизить температуру основы (для термочувствительных материалов). Но при этом падает скорость и температура частиц. Покрытие становится более пористым. Выход? Часто приходится играть составом газовой смеси, добавляя, скажем, больше водорода для увеличения теплопередачи, но это уже риски с обезуглероживанием некоторых сталей основы.

У оператора должно быть ?чувство струи?. По звуку пламени, по цвету факела опытный мастер определяет, стабилен ли процесс. Автоматизация, конечно, многое упрощает, но окончательную оценку качества наплавленного слоя — по цвету, однородности, звуку при простукивании — пока не заменит ни один датчик. На сайте ООО Чжэнчжоу Лицзя можно увидеть, как они подходят к разработке оборудования, стараясь сделать его и точным, и адаптивным под руку мастера.

Контроль качества: не доверяй, проверяй

После того как газотермическое напыление завершено, начинается не менее важный этап. Визуальный осмотр под увеличением — на предмет отслоений, трещин, ?апельсиновой корки?. Обязательна проверка толщины ультразвуковым или вихретоковым толщиномером.

Но самый показательный тест — это проверка адгезии. Отрывной тест по ГОСТу — дело хорошее, но разрушающее. Чаще в цеховых условиях делают простукивание и контроль твёрдости. Если где-то звук глухой, это тревожный звоночек. Бывало, что при последующей механической обработке (шлифовке) целые пласты покрытия слетали, обнажая плохо подготовленную основу. Это крах.

Поэтому сейчас мы для критичных деталей внедряем неразрушающий контроль методом акустической эмиссии во время самого процесса напыления. Дорого, но позволяет в реальном времени ?слышать? образование микротрещин.

Куда движется технология

Сейчас тренд — гибридизация. Не просто газотермическое напыление, а его комбинация, например, с лазерной обработкой сразу после нанесения. Это позволяет практически ликвидировать пористость и добиться свойств, близких к литому материалу.

Другой вектор — наноструктурированные порошки. Когда частицы сплава покрыты наноразмерными модификаторами, это кардинально меняет кинетику формирования слоя. Но пока это больше лабораторные истории, из-за космической стоимости порошков.

Если же говорить о практическом, приземлённом развитии, то это повышение повторяемости и снижение зависимости от человеческого фактора. Именно над этим, судя по их деятельности, работают в ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования. Их подход — от исследований до серийного производства оборудования — как раз закрывает полный цикл, что редкость. В итоге, будущее за теми, кто понимает процесс не как набор параметров, а как живую систему, где сплав, газ, оборудование и человек — звенья одной цепи. И если одно слабо, рвётся всё.