Превосходное плазменное покрытие титана

Когда слышишь про превосходное плазменное покрытие титана, сразу представляется что-то футуристичное — но на деле это просто стабильный процесс с кучей подводных камней. Многие до сих пор путают его с PVD-напылением, а ведь разница в адгезии и микроструктуре принципиальна.

Почему титан и только плазма?

С титаном всегда сложно: его оксидный слой мешает адгезии, а без правильной подготовки покрытие отслоится при первых же нагрузках. Мы в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия через это прошли — в 2015 году испортили партию деталей для авиакомпонентов, потому что недооценили подготовку поверхности.

Плазменное напыление даёт не просто слой, а переходную зону. Это не как краска ложится — здесь идёт взаимная диффузия на микроуровне. Но если температура субстрата хоть на 50°C уйдёт от нормы, получится хрупкая прослойка.

Кстати, наш цех с постоянной температурой в 1000 м2 как раз для таких процессов и строился. Без контроля влажности и температуры даже дорогое оборудование не спасает.

Оборудование: между теорией и практикой

У нас в цехах стоят установки GTV и Sulzer Metco — хорошие, но капризные. Например, сопло плазмотрона нужно менять каждые 80 часов работы, иначе фактор плазмы 'поплывёт'.

Когда только начинали, думали — купим аппарат, и всё. Ан нет: каждый материал порошка требует своего газа-носителя. Для карбида вольфрама — аргон с водородом, для оксида алюминия — чистый азот. Ошибёшься — и вместо плотного покрытия получится 'пух'.

Трёхкоординатные измерительные машины у нас в основном для контроля геометрии, но для покрытий важнее электронная микроскопия. Пришлось отдельный стенд собирать — смотреть сколы и поры.

Где мы облажались и что вынесли

В 2018 году взяли заказ на хирургические импланты — казалось, всё просчитали. Но не учли, что стерилизация автоклавированием создаёт микротрещины в зоне сплавления. Клиент вернул всю партию.

Тогда и пришли к многослойным системам: сначала никель-хромовый подслой, потом основной слой, сверху — герметик. Но и это не панацея — для деталей с трением такая схема не годится.

Сейчас для ответственных изделий делаем тест на термоудар: 300°C → ледяная вода → повторное напыление. Если не отвалилось — можно принимать.

Что не пишут в учебниках

Вот смотри — в теории все параметры есть: скорость подачи порошка, сила тока, расстояние. Но никто не говорит, что при влажности выше 60% даже в кондиционируемом цехе вода конденсируется на подложке. Видимой глазу плёнки нет, а адгезия падает на 30%.

Или другой момент: титановые сплавы ВТ6 и ВТ20 по-разному ведут себя при напылении. Для ВТ6 нужен предварительный нагрев до 400°C, для ВТ20 — достаточно 250°C, но дольше выдерживать.

Мы это проходили методом проб — сначала по технологическим картам от поставщиков, потом стали свои регламенты писать. Сейчас у нас на каждый тип детали свой паспорт процесса.

Кейс: восстановление пресс-форм

В 2022 году к нам обратились с изношенными пресс-формами для литья пластмасс — каналы истёрлись на 0.8 мм. Казалось, проще новые сделать, но клиент настаивал на восстановлении.

Сделали плазменное напыление никель-алюминиевым сплавом с послойным упрочнением — но столкнулись с деформацией тонкостенных участков. Пришлось разработать спецоснастку для жёсткого крепления и охлаждения обратной стороны.

Результат: детали отработали ещё 3 цикла без замены. Но главное — поняли, что для сложных геометрий нужно не стандартное оборудование, а гибкие манипуляторы. Сейчас как раз рассматриваем роботизированные комплексы для таких задач.

Перспективы и ограничения

Сейчас все гонятся за наноструктурированными покрытиями — но на практике их стабильность оставляет желать лучшего. Мы пробовали наносить нанокомпозит на лопатки турбин — в лаборатории всё прекрасно, а в полевых условиях через 200 часов началось отслоение.

Думаю, будущее за гибридными методами — например, плазма + лазерная обработка поверхности. Но это уже совсем другие инвестиции — не каждый завод потянет.

В ООО Далянь Синьцзиян Индустрия мы пока идём по пути модернизации существующих линий — добавляем системы контроля в реальном времени, автоматические дозаторы. Может, не так эффектно, зато надёжно.

Вместо заключения: почему это всё ещё искусство

Часто спрашивают — когда же появится 'идеальная технология' покрытий? Отвечаю: никогда. Потому что материалы evolve, требования ужесточаются, а физику не обманешь.

Наш опыт с превосходное плазменное покрытие титана показал: можно иметь современное оборудование, но без понимания металургических процессов и термохимии это просто дорогая игрушка.

Сейчас, глядя на наши 102 единицы оборудования, понимаешь — главное не количество станков, а накопленные ноу-хау. Те самые 'непишевые' параметры, которые и отличают качественное покрытие от посредственного.