Технологические особенности процесса плазменного напыления

  • Оборудование для плазменного напыления
  • Технология напыления
  • Процесс плазменного напыления характеризуется следующими особенностями: нагрев и перенос направляемого материала происходят в струе низкотемпературной плазмы, при этом нагрев его осуществляется в процессе переноса; для напыления могут использоваться любые материалы, не возгоняющиеся и не разлагающиеся при нагреве до температур плавления; материал может вводиться в струю в виде проволоки или порошка; возможность комбинирования состава плазмообразующего и транспортирующего газов позволяет изменять атмосферу, в которой происходит процесс напыления, в нужном направлении; процесс дает возможность получать покрытия различного назначения при высокой производительности и хорошей воспроизводимости его; покрытия могут быть получены на любых материалах практически без изменения свойств подложки, так как поверхность изделия обычно нагревается до температур не более 300° С, а при использовании специальных технологических приемов — и до 70° С.
    Рассмотрим, как происходит процесс плазменного напыления. Разрядом осциллятора или легкоплавкой вставкой закорачивается дуговой промежуток (электрод— сопло) и при подаче напряжения от источника питания между электродом и соплом возникает электрическая дуга, которая потоком плазмообразующего газа выдувается из сопла в виде высокотемпературной струи. Длина струи, ее скорость и температура определяются составом и расходом плазмообразующего газа, геометрией и размерами сопла и подводимой мощностью. При мощности 30—40 кВт струя азотной плазмы на срезе сопла имеет температуру 7000° С и скорость порядка 1000 км/ч.
    При подаче в струю частиц порошкового материала размерами от 5—7 до 100—140 мкм в зависимости от теплофизических свойств материала и размеров частиц происходит их нагрев и проплавление либо полностью, либо на значительную глубину. Частица становится жидкой или пластичной. Одновременно происходит разгон частиц до скоростей 1000—2500 км/ч.
    При ударе нагретой до жидкого либо пластичного состояния частицы о подготовленную подложку происходят ее деформация, растекание, охлаждение и кристаллизация, при этом частица закрепляется на микронеровностях поверхности чисто механически. Если у пары подложка — покрытие возможно химическое взаимодействие или сплавление, то оно также происходит, увеличивая силу сцепления покрытия с подложкой. Весь процесс — от нагрева частицы в струе плазмы до ее охлаждения на поверхности подложки — происходит за время 10-3— 10-4 с. Время кристаллизации при этом составляет 10-5—10-7 с,
    При таких скоростях   кристаллизации в покрытии возникают большие напряжения    (типичные для всех видов газотермического напыления), величина которых зависит в первую   очередь от коэффициента термического расширения (КТР) и температуры   материалов подложки и покрытия. С увеличением толщины покрытия термические напряжения растут. В некоторых случаях напряжения могут вызвать отслоение и отрыв покрытия. Поэтому при напылении не рекомендуется допускать нагрева подложки до температуры свыше 300° С, Различие   КТР материалов покрытия и подложки является основной причиной напряжений в слое. Для компенсации такого различия рекомендуется нанесение подслоя из материала с КТР, промежуточного между КТР покрытия и подложки. При нанесении покрытия из оксидной керамики на стальную подложку рекомендуется применять подслой из следующих материалов: порошка нихрома ПХ20Н80-2С; порошка нержавеющей стали ПХ19Н9Т-2С; экзотермических материалов типов NiAl, NiTi или Ni3Al. При нанесении покрытий на алюминий и его сплавы рекомендуется подслой из нетермореагирующего алюминида ВКНА.


    Плазменная технология