плазменное напыление цинка

Когда слышишь 'плазменное напыление цинка', многие сразу думают о простой антикоррозионной защите, этакой серебристой краске. Но на практике всё сложнее. Цинк в плазме — это не просто слой, это переходная зона, адгезия, остаточные напряжения и куча нюансов, которые в спецификациях не опишешь. Часто заказчики хотят 'как у всех', а потом удивляются, почему на их ответственных узлах покрытие отслоилось через полгода. Вот об этих подводных камнях и хочется порассуждать, без глянца, с примерами из реальных проектов.

Суть процесса и где кроется главный обман

Если говорить по сути, плазменное напыление цинка — это не напыление 'чистого' цинка в бытовом понимании. В плазменной струе материал частично окисляется, могут формироваться оксиды, нитриды — зависит от параметров и среды. И вот здесь первый подводный камень: многие технологи гонятся за высокой производительностью, раскаляют плазму до максимума, чтобы быстрее наносить. В итоге цинк сильно испаряется, летучие фракции уносятся, а на поверхности остаётся пористое покрытие с низкой сплошностью. Оно будет хорошо держаться на демонстрационном образце, но в реальных условиях вибрации или термоциклирования — нет.

Я сам на этом обжёгся лет семь назад на одном проекте по насосному оборудованию. Заказчик требовал толщину в 300 мкм за один проход для экономии времени. Сделали. Адгезия по ГОСТу на отрыв была в норме, но при испытаниях на камере соляного тумана уже через 200 часов пошли пузыри и подплёночная коррозия. Вскрыли — а там внутри слоя микропоры, которые стали капиллярами для электролита. Пришлось переделывать полностью, уйдя на трёхслойную схему с меньшей мощностью на первом переходном слое. С тех пор всегда настаиваю на пробных технологических прогонах с исследованием среза покрытия.

Кстати, о проволочном и порошковом цинке. Споры бесконечны. Проволока дешевле и даёт стабильный факел, но если в её составе есть примеси (а они почти всегда есть, особенно в отечественной), то в покрытии появляются включения. Порошок дороже, но его состав можно точнее контролировать, фракцию подобрать. Для ответственных изделий, например, для некоторых узлов в оборудовании от ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования, с которыми приходилось сталкиваться, мы всегда использовали порошковый цинк с узким фракционным составом. На их сайте https://www.lijiacoating.ru видно, что они как раз делают упор на исследования и разработку — это как раз про такой осознанный подбор материалов, а не просто продажу установок.

Подготовка поверхности: 90% успеха, о которых все молчат

Здесь можно писать диссертацию. Пескоструйка алюминиевой дробью — стандарт де-факто. Но! Если обрабатывать чугун или сталь с остатками прокатной окалины, одной дробью не обойтись. Нужен этап абразивно-струйной обработки с электрокорундом, чтобы создать не просто шероховатость, а активную поверхность. Часто вижу, как на производствах экономят на этом этапе, используют старую, загрязнённую дробь. В итоге адгезия покрытия падает в разы.

Один практический лайфхак, который не найдёшь в учебниках: после пескоструйки и перед напылением нужно контролировать не просто чистоту по Sa, а именно пиковость профиля (Rpk). Если поверхность будет иметь слишком острые пики, при напылении на них концентрируются термические напряжения, и покрытие может отслоиться именно от этих микроскопических вершин. Мы обычно делаем дополнительный проход дробью под очень острым углом, как бы 'срезая' эти пики. Трудоёмко, но надёжно.

И ещё про обезжиривание. Распространённая ошибка — считать, что после пескоструйки поверхность чистая. На самом деле, дробь часто бывает загрязнена маслами от компрессора. Поэтому обязательный этап — обезжиривание растворителем уже ПОСЛЕ абразивной обработки, непосредственно перед загрузкой в камеру. Пропустил этот шаг — и все усилия насмарку.

Параметры напыления: танец с плазмой

Сила тока, напряжение, расход газа-носителя, расстояние до детали — всё это знают. Но ключевое — это соотношение. Например, для получения плотного, малоокисленного цинкового слоя часто рекомендуют использовать аргон с водородом в качестве плазмообразующего газа. Но если переборщить с водородом, можно получить излишне восстановленную поверхность основы, что для некоторых сталей нежелательно. А если использовать чистый аргон, повышается риск окисления частиц в полёте.

На одном из старых проектов по ремонту гидроцилиндров мы долго не могли добиться стабильной адгезии. Оборудование было советское, газовая смесь готовилась 'на глаз'. Пока не подключили масс-спектрометр для контроля состава плазмы в реальном времени, проблема не решилась. Оказалось, в системе была микроутечка, и в плазму подсасывался воздух, что приводило к интенсивному окислению цинка. После устранения утечки и точной настройки соотношения Ar/H2 покрытие легло идеально.

Дистанция напыления — тоже не догма. Для мелких, сложных деталей иногда приходится уменьшать расстояние, чтобы частицы не успевали остыть, но при этом риск перегрева основы возрастает. Здесь нет универсального рецепта, только опыт и пробные напыления на технологические образцы-свидетели из того же материала.

Контроль качества: что смотреть помимо толщины

Все меряют толщину, проверяют адгезию скотчем или на отрыв. Это обязательно. Но настоящую картину даёт только металлография — исследование микрошлифа. Именно там видна реальная структура: сплошность, наличие оксидных плёнок между слоями (если напыление многослойное), форма и характер сцепления частиц с основой.

Часто заказчик требует 'блестящее серебристое покрытие'. Но блеск в случае плазменного напыления цинка часто как раз говорит о высоком содержанию металлического цинка, который менее стоек к равномерной коррозии, чем более матовая поверхность с включениями цинкита (оксида цинка). Нужно объяснять, что функциональные свойства важнее декоративных. Для защиты стальных конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях, как раз нужна эта матовость — признак сформировавшейся оксидной плёнки, которая и является основным барьером.

Ещё один важный, но редко используемый тест — термоциклирование. Покрытие может выдерживать статичную нагрузку, но при циклическом нагреве-охлаждении (например, для деталей двигателей или технологического оборудования) из-за разницы КТР могут пойти трещины. Мы всегда для ответственных заказов проводим такие испытания, имитируя реальные условия. Бывало, отказывались от работы, потому что требования по ресурсу были невыполнимы при заданной технологии — честнее сказать об этом сразу, чем потом разбираться с рекламациями.

Сферы применения и типичные ошибки выбора

Цинковое покрытие — не панацея. Его часто пытаются применить там, где нужен никель-хромовый сплав или даже карбид вольфрама. Основная ниша — защита от атмосферной коррозии крупногабаритных конструкций, которые нельзя оцинковать горячим способом, или ремонт местных повреждений на оцинкованных поверхностях. Также хорошо работает как подслой под краски.

Типичная ошибка — использовать плазменный цинк в узлах трения. Он для этого не предназначен, износится быстро. Видел попытки нанести его на штоки пневмоцилиндров — катастрофа. Другое дело — статичные элементы металлоконструкций в агрессивной промышленной атмосфере. Там оно служит десятилетиями.

Если говорить об оборудовании для самого процесса, то важно, чтобы оно позволяло гибко настраивать все параметры. Универсальные установки 'для всего' часто дают посредственный результат. Специализированные линии, подобные тем, что разрабатывает ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования (судя по их описанию как компании, профессионально занимающейся обработкой, исследованиями и производством соответствующего оборудования), обычно заточены под конкретные задачи. Это видно по конструктиву горелок и систем подачи порошка. Работа на хорошем, 'умном' оборудовании сокращает долю брака в разы, потому что процесс стабилен. На их ресурсе lijiacoating.ru можно найти именно такие технологические решения, а не просто аппараты для 'напыления чего угодно'.

В итоге, плазменное напыление цинка — это мощный инструмент, но требующий глубокого понимания физики процесса, свойств материалов и условий эксплуатации. Слепое следование регламенту без анализа причинно-следственных связей ведёт к формальному результату и, в конечном счёте, к разочарованию в самой технологии. Главное — не бояться экспериментировать на технологических образцах, вкладываться в качественную подготовку и контроль, и тогда покрытие отработает свой ресурс сполна.