Знаменитое сверхзвуковое термическое напыление

Когда слышишь про сверхзвуковое термическое напыление, сразу представляются лаборатории с идеальными покрытиями. Но на практике — частые провалы с адгезией, особенно на чугунных деталях турбин. Помню, как в 2015-м мы трижды переделывали покрытие для компрессора ГТЭ-110, потому что технологи путали скорость подачи порошка и температуру газовой струи.

Как мы пришли к стабильным параметрам напыления

В ООО Далянь Синьцзиян Индустрия долгое время использовали устаревшие горелки с дозвуковым потоком. Переломный момент наступил после тестов на авиационных клапанах — при сверхзвуковом режиме толщина покрытия выросла на 40%, но появились трещины при термоциклировании. Пришлось пересматривать весь цикл подготовки поверхности.

Ключевым оказался подбор порошков карбида вольфрама-кобальта. Не все марки подходят для сверхзвукового потока — некоторые просто не успевают пластифицироваться. Мы тестировали 12 составов, пока не остановились на WC-17Co с грануляцией 15-45 мкм. Важно: дисперсность влияет не только на износостойкость, но и на шероховатость готового слоя.

Сейчас на https://www.xinjiyangongye.ru можно увидеть наши работы по защите лопаток газовых турбин. Но мало кто знает, что для достижения стабильности нам пришлось модернизировать ЧПУ-станки — добавлять систему активного охлаждения сопла. Без этого даже при правильных параметрах напыления возникал перегрев подложки.

Оборудование и его скрытые проблемы

Наш цех с постоянной температурой в 1000 м2 — не роскошь, а необходимость. При сверхзвуковом напылении колебания даже в 2°С приводят к разной степени усадки покрытия. Особенно критично для алюминиевых сплавов — там фатально меняется коэффициент теплового расширения.

Из 102 единиц оборудования только 37 подходят для работы с термическим напылением. Обрабатывающие центры Mitsubishi M80 показали себя лучше всего, но и с ними были курьёзы — как-то забыли откалибровать подачу аргона, и получили окисленный слой вместо защитного. Пришлось экстренно останавливать линию на сутки.

Трёхкоординатные измерительные машины Hexagon — наше спасение. Без них невозможно контролировать геометрию напылённого слоя толщиной 0.3-0.8 мм. Раньше делали замеры микрометром, но это давало погрешность до 18% из-за переменной плотности покрытия.

Реальные кейсы и провалы

Самый показательный пример — работа с судовыми дизелями W?rtsil?. Заказчик требовал восстановить коленвалы с износом до 1.2 мм. Первые два месяца мы получали отслоения после 200 часов эксплуатации. Разобрались — не учитывали вибрационные нагрузки при напылении. Пришлось разрабатывать специальные рихтовочные опоры.

А вот с гидротурбинами для ГЭС вышла почти анекдотичная история. Использовали стандартный параметр скорости напыления 1200 м/с, но забыли про кавитацию. Результат — покрытие держалось ровно до запуска турбины в воду. Пришлось экстренно завозить установку JP-8000 и переделывать на месте.

Сейчас для таких случаев у нас есть мобильный комплекс на базе КАМАЗа. Он позволяет проводить сверхзвуковое напыление прямо на объекте — особенно востребовано при ремонте энергооборудования. Но и тут есть нюансы — при отрицательных температурах приходится подогревать не только деталь, но и баллоны с газом.

Технологические хитрости, о которых не пишут в учебниках

Нигде не найдёте рекомендаций по работе с титановыми сплавами ВТ8. Мы опытным путём выяснили — перед напылением нужно создавать рифленую поверхность шарошкой с шагом 0.8 мм. Без этого адгезия не превышает 35 МПа, хотя по ГОСТу требуется минимум 58.

Ещё один секрет — контроль влажности в цехе. При влажности выше 65% в покрытии образуются микрополости, которые снижают усталостную прочность на 20-30%. Пришлось устанавливать дополнительные осушители, хотя изначально в проекте их не было.

Особенно сложно с деталями сложной геометрии — например, рабочие колеса насосов. Там где лопасти расположены под углом 120°, стандартные сопла не обеспечивают равномерность. Разработали поворотные держатели, но это увеличило время обработки на 40%. Зато брак упал с 12% до 0.8%.

Перспективы и ограничения метода

Многие ждут, что сверхзвуковое термическое напыление решит все проблемы износа. Но для алюминиевых сплавов с низкой температурой плавления метод почти неприменим — перегреваем подложку. Приходится комбинировать с холодным газодинамическим напылением.

Сейчас экспериментируем с наноструктурированными порошками — например, Al2O3-TiO2 с размером частиц 50-100 нм. Первые результаты обнадёживают: твёрдость выросла на 15%, но стоимость покрытия увеличилась втрое. Для массового применения пока нерентабельно.

В ООО Далянь Синьцзиян Индустрия продолжаем оптимизировать процесс. Недавно запустили линию для одновременного напыления двух компонентов — это позволяет создавать градиентные покрытия. Пока только для экспериментальных заказов, но уже видим потенциал для авиационных применений.