Знаменитые материалы для плазменного покрытия

Когда говорят про плазменные покрытия, все сразу вспоминают титановые нитриды или алюмооксиды, но на деле линейка рабочих материалов куда шире — и куда капризнее в подборе.

Что мы вообще называем 'знаменитыми' материалами?

Вот смотришь на каталоги — везде хвалят Al?O?, Cr?O?, WC-Co. Да, они стали классикой, но часто за этой 'знаменитостью' скрывается просто наработанный десятилетиями опыт применения, а не объективное превосходство. Например, тот же оксид хрома отлично держится в узлах трения, но для агрессивных химических сред уже нужны совсем другие составы.

Мне приходилось сталкиваться с ситуациями, когда заказчик требовал 'проверенный материал', а по факту покрытие не выдерживало специфических температурных циклов. Приходилось объяснять, что знаменитость — не панацея, а всего лишь отправная точка для подбора.

Кстати, у нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия как раз сохранились отчёты по испытаниям 2015 года, где сравнивали износостойкость стандартного карбида вольфрама с модифицированным составом — разница в ресурсе достигала 40% в пользу последнего. Но массово его до сих пор не применяют, видимо, из-за цены.

Практические сложности с 'золотым стандартом' — оксидом алюминия

Al?O? — да, универсален, но если говорить о тонких покрытиях (до 50 мкм), его адгезия к стальным подложкам оставляет желать лучшего. Помню, для одного из судовых клапанов мы трижды переделывали напыление — пока не подобрали промежуточный никелевый подслой.

Ещё момент: многие недооценивают влияние качества исходного порошка. Однажды получили партию Al?O? с повышенным содержанием кремния — и все детали пошли в брак из-за трещин. С тех пор всегда проверяем сертификаты на материалы, особенно когда работаем с ответственными заказами.

Кстати, на нашем сайте https://www.xinjiyangongye.ru есть технические памятки по этому поводу — я как раз участвовал в их составлении, основываясь на случаях с производства.

Нитрид титана — не только для 'золотого' вида

TiN все знают по декоративным покрытиям, но его реальная ценность — в сочетании твёрдости и химической стойкости. Однако есть нюанс: при температурах выше 500°C он начинает активно окисляться. Для режущего инструмента это критично.

Мы в цехах ООО Далянь Синьцзиян Индустрия экспериментировали с многослойными структурами — например, TiN + AlTiN. Ресурс фрез увеличился почти вдвое, но стоимость покрытия выросла на 30%. Не каждый клиент готов на такое.

Заметил ещё, что для TiN очень важен режим охлаждения после напыления. Если торопиться — появляются микротрещины. Пришлось даже переделывать техпроцесс на одном из наших обрабатывающих центров.

Карбиды: между износостойкостью и хрупкостью

WC-Co — отличная пара для абразивного износа, но при ударных нагрузках покрытие может отслаиваться. Особенно если толщина превышает 200 мкм. Мы как-то пытались нанести его на молотки дробильного оборудования — через неделю эксплуатации появились сколы.

Сейчас чаще используем композиты на основе карбида хрома (Cr?C?) — они пластичнее, хоть и немного уступают в твёрдости. Кстати, для таких материалов важно контролировать размер частиц порошка. На нашем трёхкоординатном измерительном комплексе регулярно проводим замеры до и после напыления.

Из последнего опыта: для гидротурбин успешно применили WC-CoCr вместо чистого WC-Co — ресурс увеличился на 70%, но стоимость покрытия выросла почти в два раза. Клиент из горнодобывающей отрасли сначала возмущался, но после полугода эксплуации прислал благодарственное письмо.

Керамика и оксиды: когда стабильность важнее твёрдости

ZrO? стабилизированный иттрием — материал с уникальным коэффициентом теплового расширения. Идеален для термических барьеров, но капризен в нанесении. Помню, как в 2018 году мы потратили три месяца, чтобы подобрать параметры плазменного напыления для газотурбинных лопаток.

Cr?O? — мой личный фаворит для насосного оборудования. Мало того что износостойкий, так ещё и прекрасно полируется. Но есть ограничение: плохо совместим с медными сплавами. Пришлось learn this the hard way, когда сделали покрытие на подшипнике скольжения — через 200 часов работы появились рытвины.

Сейчас в наших цехах с постоянной температурой как раз идут испытания нового состава на основе оксида хрома с добавкой TiO? — предварительные результаты обнадёживают, но нужно ещё проверить на циклические нагрузки.

Специальные материалы: то, о чём редко пишут в учебниках

Никелевые сплавы с алюминием — отличный материал для подслоя, но многие забывают, что при неправильной подготовке поверхности адгезия будет слабой. Мы в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия разработали свой протокол активации поверхности — сочетание пескоструйной обработки и ультразвуковой очистки.

Молибден — хорош для узлов трения, но только в инертной атмосфере. На воздухе окисляется уже при 400°C. Был у нас заказ для авиакосмической отрасли — пришлось модернизировать камеру напыления, чтобы обеспечить защитную среду.

Из последних наработок — пробуем напылять аморфные металлические сплавы. Пока сложно с воспроизводимостью результатов, но в перспективе это может дать прорыв в износостойкости. Кстати, наши 102 единицы оборудования позволяют экспериментировать с разными режимами напыления — это большое преимущество.

Вместо заключения: почему не бывает идеального материала

За 30 лет работы (наша компания как раз с 1993 года) я убедился — нельзя просто взять 'знаменитый' материал и ждать чуда. Каждый случай требует анализа условий работы, нагрузок, температур, среды.

Да, есть проверенные временем составы, но даже они постоянно модифицируются. Сейчас, например, всё чаще используются градиентные и многослойные покрытия, где комбинируются свойства разных материалов.

Главное — не гнаться за модными названиями, а понимать физику работы покрытия в конкретных условиях. И всегда тестировать на образцах перед запуском в серию — это правило у нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия не нарушают даже при срочных заказах.