Превосходное плазменное напыление покрытий

Вот что скажу сразу: многие думают, что плазменное напыление — это просто 'пшикнул и готово'. На деле же каждый этап — от подготовки поверхности до выбора газовой смеси — влияет на адгезию. У нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия с 1993 года накопили случаи, когда отклонение температуры на 50°С приводило к отслоению всего слоя.

Технологические тонкости, о которых не пишут в учебниках

Наш цех с постоянной температурой в 1000 м2 — не роскошь, а необходимость. Помню, для детали турбины пришлось трижды перебирать параметры. Плазма с аргон-водородной смесью давала микротрещины, пока не добавили гелий. Но и это не всё — скорость подачи порошка оказалась критичной: 45 г/мин вместо 50 снизило пористость на 15%.

С ЧПУ-станками проще — программа стабильна. А вот с ручной подачей в ранних проектах бывало: оператор ускорял движение горелки, и покрытие ложилось неравномерно. Теперь в сборочном цеху 2000 м2 висит памятка с диаграммой расстояний для разных материалов.

Кстати, о материалах. Карбид вольфрама с кобальтом — классика, но для валов морских насосов мы перешли на никель-алюминиевые композиты. После 2000 часов в солёной воде разница в износе составила 3 мм против 8 мм у стандартного решения.

Оборудование и его капризы

Из 102 единиц оборудования плазменные установки — самые 'чувствительные'. Электроды из торированного вольфрама служат дольше, но требуют юстировки после каждых 80 часов работы. Забыл прочистить сопло — и скорость плазмы падает с 600 до 300 м/с. Проверяем трёхкоординатными машинами каждую деталь с покрытием.

В 2018-м экспериментировали с системой водяного охлаждения от немецкого производителя. Выяснилось, что наши сети 380В дают просадку при пуске — пришлось ставить стабилизаторы. Теперь в техзадании всегда указываем параметры сети.

Самое сложное — напыление на алюминиевые сплавы. Температура плавления основания всего 600°С, а плазма даёт 12000°С. Приходится использовать подложку из молибдена, но и это не панацея — на изогнутых поверхностях толщина слоя плавает от 0.1 до 0.3 мм.

Конкретные кейсы из практики

Для пресс-форм литья под давлением применяли многослойное покрытие: сначала никелевый подслой, потом оксид циркония. Ресурс увеличился с 50 тыс. до 200 тыс. циклов. Но клиент жаловался на стоимость — пришлось оптимизировать цикл напыления, сократив время с 8 до 5 часов.

А вот провал: пытались нанести карбид хрома на титановую пластину. После термоциклирования покрытие отслоилось 'чешуйками'. Разбор показал — коэффициент теплового расширения не совпадал на 23%. Теперь перед каждым новым материалом делаем тестовые образцы.

Сейчас на сайте xinjiyangongye.ru описываем кейс с восстановлением шпинделей станков. Раньше их просто заменяли, а теперь напылением восстанавливаем посадочные места. Экономия 60%, но главное — сохраняем геометрию базовых деталей.

Подводные камни контроля качества

Трёхкоординатные машины — хорошо, но для контроля адгезии используем ультразвуковой тест. Особенно для деталей сложной формы — там, где щупом не подлезешь. Разработали свою методику калибровки датчиков.

Толщина покрытия — отдельная головная боль. Допуск ±0.05 мм на бумаге, а на практике при напылении на ребро жёсткости всегда получается +0.1 мм. Пришлось вводить поправочные коэффициенты для разных геометрий.

Микроскопия показывает интересное: при скорости подачи плазмы выше 120 м/с частицы порошка не успевают расплавиться полностью. Видны сфероиды в структуре — это очаги будущих трещин. Снижаем скорость — увеличивается время обработки. Вечный компромисс.

Экономика и перспективы

Из 122 сотрудников 18 заняты исключительно обслуживанием плазменного напыления. Это не только операторы, но и технологи, которые постоянно подбирают режимы для новых материалов. Зарплатный фонд этой группы — почти 20% от общих расходов на персонал.

Строительство завода за 90 миллионов юаней окупилось за 7 лет в основном за счёт контрактов на восстановление деталей. Но новое оборудование требует инвестиций — последняя установка обошлась в 12 млн рублей. Считаем, что она окупится за 2 года благодаря контракту на покрытие рабочих колёс насосов.

Перспективы вижу в гибридных технологиях. Например, комбинация плазменного напыления с лазерной обработкой позволяет получать структуры с градиентными свойствами. Уже тестируем на образцах — пока дорого, но для аэрокосмической отрасли может стать стандартом.