Оборудование для нанесения покрытий HVAF на валы насосов

Когда слышишь про оборудование для нанесения покрытий HVAF, многие сразу думают — ну, установка как установка, главное, чтобы порошок подавался и горело. На деле, особенно для таких ответственных деталей, как валы насосов, это целый комплекс, где каждая мелочь влияет на адгезию, остаточные напряжения и, в итоге, на срок службы в агрессивной среде. Сам много лет назад думал, что, взяв хорошую горелку, решу все проблемы. Ошибался.

Почему именно HVAF для валов? Не только твердость

Для валов насосов, работающих в условиях абразивного износа и кавитации, часто выбирают карбид вольфрама-кобальта (WC-Co). Раньше часто применяли HVOF. Но когда начали считать не только по характеристикам покрытия, но и по воздействию на основу — низкоуглеродистую или нержавеющую сталь вала — преимущества HVAF стали очевиднее. Температура потока ниже, скорость частиц выше. Это значит, меньше риск перегрева основы, меньше окисление карбидов в порошке, выше плотность покрытия. Но это в теории. На практике, чтобы реализовать это преимущество, нужно очень тонко настроить всё оборудование для нанесения покрытий.

Вот тут и кроется первый подводный камень. Не всякое оборудование, на котором написано HVAF, одинаково хорошо справляется с задачей нанесения равномерного, беспористого слоя на длинную цилиндрическую поверхность вала, да ещё часто с галтелями и ступеньками. Нужна не просто стабильная подача топлива (пропан/пропилен) и воздуха, а система, которая держит параметры неизменными от начала до конца процесса, который может длиться час и больше. Малейший сбой в соотношении — и плотность покрытия 'поплывёт'.

Мы как-то работали с валом из нержавейки для погружного насоса. Заказчик требовал толщину 300 мкм WC-10Co4Cr. На своей старой установке получили слой, но при шлифовке пошли микросколы. Оказалось, в середине процесса немного 'устал' компрессор, давление воздуха просело, скорость частиц упала, и в теле покрытия образовались зоны с пониженной прочностью сцепления. Вал пошёл в брак. Тогда и пришло понимание, что ключ — в надёжности и сбалансированности всей системы, а не только в наконечнике горелки.

Конструктивные особенности установки: на что смотреть помимо паспортных данных

Исходя из того горького опыта, начал глубже разбираться. Важна не просто максимальная скорость, которую заявляет производитель, а как система обеспечивает стабильность. Например, система подачи порошка. Для валов, где важно минимизировать непрогрев, нужен точный, дозированный впрыск порошка точно в ядро факела. Шнековые питатели — не лучший выбор, слишком велик разброс. Нужен питатель с псевдоожиженным слоем или на основе дискового дозатора. Увидел такую систему в работе на оборудовании от ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования (их сайт — https://www.lijiacoating.ru). Они как раз делают упор на исследования и разработку, и это видно по конструкции.

Второй момент — охлаждение вала. Вращение детали — это само собой. Но при нанесении на длинный вал (метра полтора и больше) одного вращения мало. Тепло накапливается. Нужен дополнительный обдув сзади зоны напыления инертным газом или хотя бы сжатым воздухом. В некоторых установках это предусмотрено как опция, в других — приходится городить кустарные решения. В описании оборудования на том же lijiacoating.ru видел, что их комплексы часто идут с интегрированной системой контролируемого охлаждения заготовки, что для ответственных деталей — большой плюс.

И третий, часто упускаемый из виду элемент — система управления. Кнопки и манометры — это прошлый век. Для воспроизводимости процесса нужна возможность запоминать и точно воспроизводить все параметры: расходы топлива, воздуха, порошка, скорость вращения и перемещения. Хорошо, когда есть цифровое задание и мониторинг в реальном времени. Позволяет не только избежать брака, но и вести журнал по каждой детали, что для сертификации в некоторых отраслях критически важно.

Практические нюансы подготовки и процесса

Допустим, оборудование выбрали. Но сам процесс начинается не с нажатия кнопки 'Пуск'. Подготовка поверхности вала — это 50% успеха. Пескоструйная обработка абразивом правильной фракции под правильным углом. Здесь многие экономят, используют старый, засаленный абразив — и потом удивляются, почему покрытие отлетело чешуёй. Нужна чистая, шероховатая поверхность с активными центрами. После пескоструйки — максимально быстро переходить к напылению. Окисная плёнка на активированной поверхности образуется быстро.

Сам процесс напыления. Тут важно правильно закрепить вал. Биение должно быть минимальным, иначе толщина будет 'гулять'. Центрирование, балансировка. Потом — настройка расстояния. Для HVAF оно обычно меньше, чем для HVOF. Но если взять слишком близко — риск перегрева основы, слишком далеко — скорость упадёт, плотность будет низкой. Находится опытным путём для каждой геометрии. Начинаем всегда с торцов или с галтелей — это самые сложные места, и если там покрытие легло хорошо, то и на ровной цилиндрической части проблем не будет.

Контроль во время процесса — не только визуальный. Нужно слушать звук факела. Ровный, шипящий звук — хороший признак. Рывки, хлопки — что-то не так с подачей порошка или топлива. И, конечно, пирометр. Контроль температуры поверхности вала в зоне за напыляемым слоем — не дать перевалить за 150-180°C для многих сталей, иначе собственные напряжения в вале могут стать проблемой.

Анализ результатов и типичные дефекты

После нанесения — контроль. Толщиномер, контроль адгезии (отрывной тест или, чаще для валов, тест на простукивание). Но самый показательный — это микрошлиф. Смотришь под микроскопом и сразу видно качество работы оборудования HVAF. Хорошее покрытие — однородное, минимальная пористость, четкая граница с основой без окислов. Видел дефекты, когда из-за нестабильной подачи появлялись слоистые неоднородности, как годичные кольца на дереве. Или когда порошок был слегка влажный — поры и непрогретые частицы.

Ещё один частый дефект для валов — трещины при шлифовке. Часто винят шлифовщика, но корень может быть в самом покрытии. Остаточные растягивающие напряжения. HVAF, в силу более холодного процесса, обычно даёт напряжения сжатия, что хорошо. Но если неправильно подобрали режим охлаждения или перегрели основу, знак напряжения может измениться. Тогда при снятии верхнего слоя шлифовкой покрытие 'раскрывается' сеткой трещин.

Поэтому итоговый успех — это всегда компромисс и тонкая настройка между мощностью факела, скоростью подачи, охлаждением и геометрией детали. Готовых рецептов нет. Есть понимание принципов, которое позволяет на конкретном оборудовании выйти на стабильный результат. Именно поэтому компании, которые не просто продают установки, а занимаются исследованиями и разработкой, как упомянутая ООО Чжэнчжоу Лицзя, часто оказываются полезнее — они могут подсказать не по каталогу, а исходя из физики процесса.

Выводы и что в итоге важно

Так что, возвращаясь к началу. Оборудование для нанесения покрытий HVAF на валы насосов — это не агрегат, а технологический комплекс. Его выбор — это инвестиция в стабильность и качество конечного продукта. Экономия на надёжном компрессоре или системе управления потом вылезает боком в виде брака, простоев и недовольных заказчиков.

Для себя понял, что ключевые параметры при выборе — это стабильность всех потоков (газ, воздух, порошок), наличие точной системы контроля и управления, а также возможность эффективного охлаждения детали. И, что немаловажно, техническая поддержка от производителя, которая понимает не только устройство установки, но и технологию напыления. Чтобы можно было позвонить и обсудить не 'почему не включается', а 'как лучше настроить для вала диаметром 80 мм из стали 40Х'.

Сейчас рынок предлагает разные варианты, от кустарных сборок до серьёзных промышленных комплексов. Для ремонтного цеха, может, и можно что-то попроще. Но для серийного или ответственного восстановления и упрочнения валов насосов, которые потом уйдут на буровую или в химическое производство, лучше смотреть в сторону сбалансированных, продуманных решений, где всё — от горелки до пульта — сделано для работы, а не просто для продажи. Опыт, в том числе и негативный, показывает, что это в конечном счёте — самый экономичный путь.