порошок HVOF

Когда говорят про порошок HVOF, многие сразу думают о составе — кобальт, никель, карбиды. Но часто упускают главное: как этот самый порошок ведёт себя в реальном потоке, при реальных параметрах. Не раз видел, как люди закупают дорогой материал с идеальным сертификатом, а потом получают пористое или отслаивающееся покрытие. Проблема обычно не в химии, а в гранулометрии и сыпучести. Вот об этом и хочу порассуждать — без теории, с тем, что видел своими глазами на установках.

Гранулометрия — это не просто цифра в паспорте

Возьмём, к примеру, карбид вольфрама-кобальт. Все знают, что нужен фракционный состав. Но в паспорте пишут, скажем, -45+15 мкм. А на деле, если в партии слишком много ?пыли? — частиц мельче 5 мкм — они просто сгорят в струе, не долетят до детали. Или, наоборот, слишком крупные зёрна не успеют пластифицироваться, будут врезаться в подложку как абразив. Я это прочувствовал, когда работал с одной партией от нового поставщика. Покрытие вроде бы есть, а адгезия на отрыв — ниже всякой критики. Стали разбираться, сделали ситовый анализ и микроскопию — оказалось, распределение бимодальное, с резким пиком в мелкой фракции. Порошок-то был ?правильный?, но для конкретно нашего HVOF пистолета не подошёл.

Поэтому сейчас мы в своей работе всегда требуем не только стандартный сертификат, но и реальный график распределения частиц. Особенно это критично для сложных композитов, где есть риск сегрегации компонентов. Кстати, у ребят из ООО ?Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования? (сайт их — https://www.lijiacoating.ru) в своих исследованиях тоже на этом акцент делают. Они как раз профессионально занимаются разработкой в области термического напыления, и их практические заметки часто совпадают с нашими полевыми наблюдениями. Не реклама, а констатация — когда видишь, что коллеги сталкиваются с теми же граблями, это подтверждает твои собственные выводы.

Ещё один нюанс — форма частиц. Сферические идеальны для сыпучести и стабильного питания. Но они же дороже. Агломерированные и спечённые (agglomerated and sintered) часто дешевле, но могут разрушаться в тракте подачи, создавая тот самый неконтролируемый ?перекос? в гранулометрии прямо во время процесса. Приходится тонко настраивать давление переносного газа и конструкцию дозатора.

Сыпучесть и подача: где теория сталкивается с реальностью

Вот это, пожалуй, самый ?больной? вопрос в работе с порошком HVOF. Можно иметь идеальный по составу и размеру материал, который будет застревать в бункере или подаваться рывками. А нестабильная подача — это гарантированный брак в покрытии: полосы, неоднородная толщина. Сыпучесть зависит от всего: от влажности (поэтому хранение в вакууме или инерте — не прихоть, а необходимость), от электростатики, от шероховатости самих частиц.

Помню случай на ремонте турбинных лопаток. Использовали порошок на никелевой основе. В лаборатории тесты на сыпучесть прошёл отлично. А в цеху, где влажность была повыше, начались проблемы. Порошок начал ?арковаться? — образовывать своды в бункере. Пришлось срочно ставить дополнительный подогрев и осушение линии подачи. Это тот самый момент, когда понимаешь, что технология — это не только горелка и параметры, а вся система, включая микроклимат в помещении.

Поэтому сейчас мы для ответственных проектов всегда проводим предварительные прогоны не только на тестовых пластинах, но и в режиме длительной непрерывной подачи, имитирующей реальную работу. Смотрим, не появляется ли зависание, как ведёт себя расходомер. Иногда небольшая доработка бункера — добавление вибратора или изменение угла конусности — решает проблему кардинально. Это не по учебнику, это уже из области практического опыта.

Взаимодействие с газовой струёй — ключевая физика процесса

Тут много мифов. Один из главных: чем выше скорость частицы, тем лучше. В целом да, но если частица не успела прогреться до состояния высокопластичной фазы, то при ударе она даст не плотное покрытие, а нечто рыхлое. Скорость и температура в факеле HVOF — палка о двух концах. Задача — найти баланс для конкретного материала.

Например, для карбидных покрытий важно не ?пережечь? карбид, чтобы не пошла сильная декомпозиция и не образовался brittle W2C. Мы долго подбирали параметры для одного вида WC-17Co. Увеличивали кислород — температура в струе росла, карбид терял углерод. Уменьшали — частицы не разогревались, покрытие было слабым. Выход нашли не в основном газе, а в манипулировании расстоянием распыления и конструкцией ствола горелки. Порой мелкая регулировка на 2-3 мм даёт кардинально иной результат. Это не та информация, которую найдёшь в общих каталогах порошков HVOF.

Ещё момент — выбор топлива (керосин, газ). От этого зависит не только температура, но и теплопередача частице. Жидкое топливо часто даёт более ?мягкий? нагрев, что для некоторых сплавов на основе никеля предпочтительнее. Но это, опять же, требует своей настройки системы впрыска и диспергирования порошка.

Контроль качества: не доверяй, проверяй

После нанесения покрытия стандартный протокол — измерение толщины, твёрдости, адгезии. Но мы всегда добавляем этап — анализ поперечного шлифа под микроскопом. Именно там видно реальную картину: равномерность распределения карбидной фазы, наличие оксидных плёнок между ламелями, пористость. Часто бывает, что по основным параметрам покрытие проходит, а на микроструктуре виден перегрев или недостаточное плавление ядра частиц.

Однажды это спасло нас от крупного брака. Для гидравлического штока наносили толстое покрытие из железно-никелевого сплава. Адгезия по тесту была в норме. Но на шлифе увидели сетку микротрещин, идущих параллельно поверхности. Причина — в остаточных напряжениях из-за неоптимального охлаждения между проходами. При динамической нагрузке такое покрытие неминуемо отслоилось бы. Пришлось менять стратегию напыления, уменьшая толщину за проход. Это к вопросу о том, что выбор порошка HVOF и его параметров — это только половина дела. Вторая половина — это режим его нанесения, который пишется не по ГОСТу, а методом проб и ошибок под конкретную деталь.

Сейчас многие продвинутые производства, включая и упомянутую компанию ООО ?Чжэнчжоу Лицзя?, внедряют in-situ диагностику — контроль температуры частиц и их скорости на лету. Это, безусловно, будущее. Но пока что в большинстве цехов глаз оператора и последующий металлографический анализ — главные инструменты для принятия решения о качестве.

Экономика процесса: о чём не пишут в рекламных буклетах

Стоимость самого порошка HVOF — это лишь часть затрат. Коэффициент использования (deposition efficiency) — вот что реально бьёт по карману. Можно купить порошок на 30% дешевле, но если его КПД осаждения 40% против 60% у более дорогого аналога, то экономия превращается в убыток. Плюс время на очистку и утилизацию большого количества не осаждённого материала.

Мы вели такой учёт для серийной обработки валов. Перешли с одного поставщика карбидного порошка на другой, с чуть более высокой ценой за килограмм. Но за счёт лучшей сыпучести и сферичности частиц скорость напыления выросла, а потери снизились. В итоге стоимость покрытия на одну деталь уменьшилась. Это важный практический расчёт, который делается не в офисе закупок, а непосредственно в цеху, с секундомером и весами.

Ещё один скрытый фактор — влияние порошка на ресурс оборудования. Абразивные материалы быстрее изнашивают сопло и ствол горелки. Иногда выгоднее использовать более мягкий или лучше калиброванный материал, чтобы реже останавливаться на техобслуживание и замену дорогостоящих узлов. Это уже стратегические решения, которые приходят с опытом эксплуатации конкретной HVOF системы.

В общем, если резюмировать мой опыт, то выбор порошка — это не поиск по каталогу с минимальной ценой. Это комплексная оценка его технологичности под твое конкретное оборудование, под конкретную задачу и под условия твоего производства. Нужно смотреть на него не как на расходник, а как на активный компонент сложной физико-химической системы. И тестировать, тестировать, тестировать в условиях, максимально приближенных к боевым. Только тогда можно быть уверенным в результате, а не надеяться на авось.