Превосходное порошковое плазменное напыление

Когда слышишь про порошковое плазменное напыление, сразу представляется что-то вроде магии — равномерное покрытие, идеальная адгезия. Но на практике часто выходит иначе: то порошок забивает сопло, то плазма ведёт себя непредсказуемо. Многие до сих пор путают его с обычным газопламенным напылением, а ведь разница — как между ручной сваркой и лазерной резкой.

Почему не всё так просто, как в учебниках

В теории всё гладко: берёшь порошок, разгоняешь плазмой, получаешь покрытие. Но вот на объекте ООО Далянь Синьцзиян Индустрия мы как-то столкнулись с проблемой — напыление на титановые заготовки для химического оборудования давало микротрещины. Пришлось перебирать параметры: скорость подачи порошка, мощность плазмы, даже угол напыления. Оказалось, что для титана критичен подогрев подложки до 200°C, иначе адгезия падает на 30%.

Кстати, про оборудование — у них там цех с постоянной температурой в 1000 м2, что редкость для большинства производств. Но даже это не спасает от влажности, если порошок хранился с нарушением герметичности. Как-то раз партия никель-хромового порошка набрала влаги, и вместо плотного слоя получилась ?шуба? с пористостью под 15%. Пришлось сушить в вакуумной печи сутки — только тогда удалось выйти на норму.

Ещё один нюанс — чистота плазмообразующего газа. Аргон с примесью кислорода всего 0.1% уже даёт окислы в покрытии. Мы долго не могли понять, почему на алюминиевых сплавах появляются тёмные пятна, пока не проверили газ на хроматографах. Теперь закупаем газ только у проверенных поставщиков, хотя это и дороже.

Оборудование и его капризы

У ООО Далянь Синьцзиян Индустрия в парке 102 единицы оборудования, включая ЧПУ и измерительные машины. Но для плазменного напыления критичны не столько станки, сколько вспомогательные системы — например, подачи порошка. У нас стоит швейцарский дозатор, но и он иногда ?задумывается?, особенно с мелкодисперсными порошками меньше 20 мкм.

Помню, как при напылении карбида вольфрама на детали буровых установок постоянно забивался патрубок. Решили проблему установкой вибратора на бункер — просто, но эффективно. Хотя вибрация тоже не панацея: если переборщить, порошок уплотняется, и дозатор выдаёт неравномерную порцию.

Трёхкоординатные измерительные машины — это конечно хорошо для контроля геометрии, но для анализа покрытия мы чаще используем электронную микроскопию. Как-то раз на образце с плазменным напылением обнаружили зоны с разной твёрдостью — оказалось, порошок был неоднородной фракции. С тех пор всегда просеиваем перед загрузкой, даже если производитель заявляет о калибровке.

Кейсы, которые запомнились

В 2018 году делали напыление для теплообменников на одном химическом комбинате. Заказчик требовал стойкость к серной кислоте при 150°C. Рассчитывали на никель-хром-боридный состав, но в испытаниях покрытие отслоилось за 200 часов. Пришлось переходить на кобальт-хром-алюминий-иттриевый порошок — дороже, но прошёл 1000 часов без изменений.

А вот с авиационными компонентами вышла интересная история. Для лопаток турбин нужно было нанести теплозащитный слой. По спецификации — 300 мкм, но при таком толщине появлялись напряжения. Методом проб уменьшили до 270 мкм с градиентным переходом — и дефектов нет. Кстати, именно для таких задач в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия построили сборочный цех на 2000 м2, где можно тестировать крупногабаритные узлы.

Был и провальный проект — попытка напылить медь на алюминий для радиаторов. Казалось бы, классика, но из-за разницы ТКР покрытие отслаивалось при термоциклировании. Пришлось признать, что для таких пар лучше подходит гальваника, а не порошковое напыление. Заказчик тогда разозлился, но техническую правду скрывать нельзя.

Ошибки, которые повторяются

Самая частая — экономия на подготовке поверхности. Пескоструйка есть, но многие забывают про обезжиривание. Как-то на стальных валах после обработки растворителем осталась плёнка — и покрытие отскочило как скорлупа. Теперь используем ультразвуковые ванны с щелочным раствором, особенно для ответственных деталей.

Другая ошибка — игнорирование термообработки после напыления. Для некоторых порошков, особенно на основе кобальта, обязателен отжиг для снятия напряжений. Один раз пропустили этот этап для штампов холодной высадки — через неделю эксплуатации покрытие потрескалось. Хотя микротвёрдость была в норме, ударная вязкость оказалась низкой.

И да, никогда нельзя доверять сертификатам на порошок слепо. Как-то купили партию с заявленным размером частиц 45-75 мкм, а при анализе оказалось, что 30% фракции — мельче 40 мкм. Эти мелкие частицы просто сгорали в плазме, давая дымку и неравномерность. Теперь каждый раз делаем ситовой анализ, даже если поставщик проверенный годами.

Что в перспективе

Сейчас экспериментируем с наноструктурированными порошками — например, оксид циркония с добавлением иттрия. Пока получается добиться плотности покрытия до 98%, но стоимость ещё кусается. Для серийных заказов пока невыгодно, но для медицинских имплантов уже пробуем.

Ещё интересное направление — гибридные процессы, где плазменное напыление комбинируется с лазерной обработкой. Покрытие напыляется, а потом лазером уплотняется поверхностный слой. На испытаниях для клапанов АЭС показало увеличение стойкости к эрозии в 1.7 раза.

Из организационного — в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия планируют расширить цех с постоянной температурой ещё на 500 м2, чтобы можно было работать с реакционноспособными порошками в контролируемой атмосфере. Это откроет возможности для напыления алюминия и магниевых сплавов, которые сейчас проблематичны из-за окисления.