наплавка HVOF

Когда говорят про наплавка HVOF, многие сразу представляют себе просто очень прочное покрытие. Но на деле, это не всегда про ?самую высокую твердость? — тут больше про управляемость процесса, про то, как частица порошка успевает расплавиться, но не перегреться, и как потом это все ?прилипает? к основе. Частая ошибка — считать, что если оборудование дорогое, то и результат автоматически будет идеальным. А вот нет. Можно испортить очень дорогую деталь, если не чувствовать газовую динамику в факеле.

От порошка до слоя: что на самом деле важно

Взял, к примеру, порошок карбида вольфрама-кобальта. Марка одна и та же, а партии разные. И уже видно по цвету факела и по звуку — одна течет как надо, дает плотное, матовое покрытие, а другая — сыпется, много несгоревших частиц, и слой получается с пористостью. И вот тут начинается та самая ?практика?, которой нет в книжках. Приходится крутить соотношение кислорода и топлива, иногда буквально на глаз, потому что манометры могут врать, а факел — нет. Он либо стабильный, гудит ровно, либо ?плюется?.

Особенно капризны бывают крупные детали, типа валов гидротурбин. Их равномерно прогреть — целое искусство. Если перестараться с предварительным нагревом, основа поплывет. Если недогреть — адгезия будет слабая, и потом этот твердый-претвердый слой отлетит кусками при первой же ударной нагрузке. У нас был случай на восстановлении шейки вала — вроде все по технологии, а при шлифовке пошли микротрещины. Оказалось, виноват остаточный стресс в самом металле основы, который мы не выявили. Пришлось снимать все покрытие и начинать сначала, с глубокого отжига.

Или еще момент — подготовка поверхности. Все знают про абразивоструйную обработку. Но если использовать слишком крупный корунд, можно получить не шероховатость, а микрозадиры, которые станут очагами напряжения. А если слишком мелкий — гладко будет, и покрытию не за что зацепиться. Здесь нет универсального рецепта, под каждый материал основы и тип будущей нагрузки — свой подход. Часто это определяется опытным путем, методом проб, к сожалению, иногда и ошибок.

Оборудование: не только горелка

Многое упирается в надежность всей системы. Сам HVOF — это ведь не только горелка, это еще и система подачи порошка, которая должна работать как часы, без зависаний и пульсаций. Бывало, что из-за малейшей влаги в воздушной магистрали порошок в шланге схватывался в комки, и процесс шел вразнос. Приходилось ставить дополнительные осушители, о которых в спецификациях часто не пишут.

Интересный опыт был с оборудованием от компании ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования. Смотрел их решения на https://www.lijiacoating.ru. Они как раз профессионально занимаются исследованиями и производством такого оборудования. Что заметил — у них в некоторых моделях упор сделан на стабильность подачи топлива (пропан/водород) и точный контроль расхода. Для ответственных работ, где нужна повторяемость параметров покрытия на сотнях однотипных деталей, это критически важно. Недостаток — иногда их установки требуют более тонкой настройки под ?нестандартные? порошки, но это, в общем-то, общая беда.

Работая с их установкой, пришлось повозиться с настройкой расстояния ?сопло-деталь? для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность втулок. В паспорте даны диапазоны, но они слишком широкие. Пришлось делать серию тестовых напылений на образцы, потом смотреть под микроскопом на сколы, замерять микротвердость. Выяснилось, что оптимальное расстояние для нашего случая оказалось на 15-20 мм меньше, чем ?стандартная рекомендация?. Иначе частицы не успевали достаточно пластически деформироваться при ударе, и связь была слабее.

Контроль качества: не доверяй, проверяй

Самое сложное после нанесения — это адекватно оценить, что получилось. Твердомер — это хорошо, но он дает точечное значение. Адгезию по ГОСТу проверяют на отрыв, но это разрушающий метод, для каждой детали не сделаешь. Поэтому мы много смотрим на макро- и микроструктуру. Хорошее покрытие HVOF под микроскопом должно быть однородным, с минимальными порами и оксидами, частицы порошка деформированы и плотно ?упакованы?.

Часто заказчик требует просто ?высокую твердость?. И тут можно впасть в ловушку: можно получить слой очень твердый, но хрупкий. Например, если переборщить с карбидами и не дать достаточного количества металлической связки. Покрытие будет блистать цифрами на приборе, но при вибрации покроется сеткой трещин. Поэтому мы всегда стараемся объяснять, что важнее комплекс свойств: и твердость, и вязкость, и остаточные напряжения.

Один из наших главных инструментов неконтрольного контроля — это прослушивание процесса. Звук стабильного факела HVOF — ровный, шипяще-гулкий. Если появляется прерывистость, щелчки — значит, подача порошка нарушена, или в топливе что-то не так. Этот навык не купишь, он нарабатывается годами. Можно сказать, что у оператора должны быть ?наметанный глаз? и ?натренированное ухо?.

Экономика процесса: где кроется выгода

Многие думают, что HVOF — это всегда дорого из-за дорогих порошков и высокого расхода газов. Но если считать не стоимость килограмма покрытия, а стоимость восстановления детали с учетом увеличенного в несколько раз ресурса, то картина меняется. Восстановление ротора насоса методом наплавки HVOF может стоить 30% от цены нового, а служить после этого он будет дольше, чем оригинальная деталь, из-за износостойкости покрытия.

Ключевая статья экономии — это минимизация брака. Один раз настроить процесс на конкретную деталь, сделать технологическую карту, и потом можно тиражировать это без потерь. Вот здесь как раз и важна роль надежного и предсказуемого оборудования, такого, которое производят компании вроде ООО Чжэнчжоу Лицзя. Их профиль — как раз разработка и производство оборудования для термического напыления, что подразумевает глубокое понимание технологии. Когда установка не ?скачет? по параметрам, меньше риск получить непредсказуемый результат и отправить на переделку.

Однако, есть и скрытые затраты. Например, на утилизацию абразива после очистки и отработанных газов. Или на создание правильной вытяжной вентиляции — пыль от карбидных порошков — дело серьезное. Эти моменты часто вылезают уже в процессе работы, и их тоже надо закладывать в стоимость услуги.

Взгляд в будущее технологии

Куда движется HVOF? На мой взгляд, основной тренд — это еще больший контроль и цифровизация. Не просто регистрация параметров, а системы с обратной связью, которые в реальном времени по спектру факела или температуре детали могут корректировать процесс. Это позволит еще больше снизить человеческий фактор и выйти на новый уровень повторяемости.

Второе направление — это разработка новых композиционных порошков. Не просто смеси, а гранулы со сложной архитектурой, которые при напылении будут давать слои с заданным градиентом свойств. Например, у поверхности — максимальная износостойкость, а у границы с основой — повышенная вязкость для лучшего сцепления. Над такими вещами как раз и работают исследовательские подразделения в компаниях-производителях оборудования.

И третье — это расширение области применения. Сейчас HVOF — это в основном ответственные детали машин, авиация, энергетика. Но появляются разработки по нанесению тонких, коррозионно-стойких покрытий для химической промышленности или даже биосовместимых слоев. Тут требования к процессу совсем другие, нужна чистота и низкотемпературные режимы. Будет интересно посмотреть, как классическая наплавка HVOF адаптируется под эти задачи. Вполне возможно, что через несколько лет мы будем говорить о целом семействе HVOF-технологий для разных отраслей. А основа, как всегда, будет лежать в практическом опыте и понимании физики процесса, а не только в данных из паспорта.