Знаменитые технологии плазменного напыления

Когда говорят про плазменное напыление, сразу представляют идеальные покрытия — но на деле даже с дорогими установками бывают провалы. Вот о чём редко пишут в учебниках: расходники от разных поставщиков ведут себя абсолютно по-разному даже при одинаковых параметрах.

Почему параметры установки — это только половина дела

Мы в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия с 1993 года накопили достаточно случаев, когда теоретически верные настройки не спасали от брака. Например, пытались наносить плазменное напыление карбида вольфрама на штампы — казалось бы, классика. Но если газовые смеси не выверены до миллилитра, появляются микротрещины, которые видны только под электронным микроскопом.

Особенно критично с толщиной слоя. Многие гонятся за 300 микронами, но мы на своём опыте убедились: для деталей с ударными нагрузками лучше остановиться на 180–220. Иначе адгезия резко падает. Кстати, наш цех с постоянной температурой в 1000 м2 как раз помогает стабилизировать процесс — без этого вообще невозможно говорить о повторяемости.

Ещё нюанс: часто забывают про подготовку поверхности. Перед технологиями напыления нужно не просто пескоструить, а проводить активацию плазмой низкого давления. Иначе даже самый дорогой порошок отслоится после первых циклов нагрева.

Оборудование и его скрытые проблемы

У нас в парке 102 единицы оборудования, включая ЧПУ и измерительные машины. Но для плазменного напыления ключевым стал не сам аппарат, а система подачи газа. Разработчики часто экономят на мелочах — например, ставят пластиковые трубки вместо металлических. А потом удивляются, почему в покрытии появляются поры.

Особенно сложно с распылением керамики. Например, оксид алюминия при малейшем отклонении влажности даёт неоднородную структуру. Пришлось разрабатывать собственный протокол сушки порошков — теперь храним их в вакуумных контейнерах прямо в сборочном цеху.

Кстати, про сборочный цех: его 2000 м2 позволяют одновременно вести несколько проектов. Но главное — мы разместили установки напыления в отдельных боксах с принудительной вентиляцией. Раньше пробовали ставить в общем пространстве — пыль от других операций сводила на нет всю точность.

Реальные кейсы и провалы

Расскажу про один провальный проект 2018 года. Заказчик требовал нанести покрытие на титановый сплав для авиакомпонента. Использовали стандартные плазменные технологии с никелевым подслоем. Всё прошло идеально — до термоциклирования. После 50 циклов покрытие начало отслаиваться краями.

Оказалось, проблема в скорости охлаждения. Пришлось полностью пересматривать технологическую цепочку: теперь между нанесением слоёв выдерживаем деталь при 200 °C минимум два часа. Это увеличило время производства на 40%, но зато брак упал до 0,2%.

Ещё пример — работа с турбинными лопатками. Здесь важно не только само напыление, но и последующая механическая обработка. Наши трёхкоординатные измерительные машины постоянно контролируют геометрию после каждого этапа. Без этого даже миллиметровое отклонение приводит к дисбалансу.

Материалы: что не пишут в спецификациях

Производители порошков часто замалчивают, что одна и та же марка материала из разных партий может иметь разную текучесть. Мы столкнулись с этим при работе с циркониевыми покрытиями. Вроде бы химический состав идентичный, а напыление ложится по-разному.

Сейчас всегда тестируем новые партии на тестовых образцах — для этого специально держим набор из низкоуглеродистой стали. Кстати, именно для таких испытаний полезен наш сайт https://www.xinjiyangongye.ru — там выложены типовые методики проверки, которые могут пригодиться коллегам.

Особенно сложно с композитными материалами. Например, порошки с добавлением тефлона требуют совершенно других параметров плазмы. При стандартных настройках полимер просто сгорает, образуя хрупкие включения.

Перспективы и ограничения метода

Многие считают плазменное напыление универсальным решением — но это заблуждение. Для деталей с динамическими нагрузками лучше подходит HVOF, а для точных покрытий — магнетронное напыление. Плазма хороша там, где нужна толщина и стойкость к абразиву.

Сейчас экспериментируем с градиентными покрытиями — когда состав порошка плавно меняется от подслоя к внешнему слою. Это позволяет снизить термические напряжения. Пока получается нестабильно: на сложных геометриях возникает эрозия по границам фаз.

Из последних наработок — научились наносить покрытия на алюминиевые сплавы без их перегрева. Секрет в прерывистом цикле с принудительным охлаждением аргоном. Но это увеличивает стоимость процесса на 25%, поэтому применяем только для критичных деталей.

Организационные моменты, о которых молчат

Любая технология напыления зависит не только от оборудования, но и от людей. У нас 122 сотрудника, и для операторов установок разработали отдельную систему обучения. Оказалось, что даже опытный специалист может не знать нюансов подготовки поверхности для разных материалов.

Ещё важный момент — логистика порошков. Раньше хранили всё в одном помещении, но из-за влажности приходилось выбрасывать до 15% материалов. Сейчас используем локальные осушители в каждой зоне хранения — это снизило потери до 1,5%.

Кстати, про площадь завода: 8000 м2 позволяют организовать замкнутый цикл. От приёмки сырья до упаковки готовых деталей — всё в одном месте. Это особенно важно для покрытий с повышенными требованиями к чистоте.