OEM покрытие плазменное напыление

Когда слышишь ?плазменное напыление?, сразу представляется что-то вроде магии — равномерный блестящий слой, который будто сам ложится на деталь. На практике же это капризный процесс, где даже влажность в цехе может свести на нет все усилия. Многие заказчики до сих пор уверены, что достаточно ?напылить погуще? — и деталь станет вечной. Приходится объяснять, что перегруженный слой отслоится при первой же вибрации, а недогрев приведет к пористости, которую не всегда видно невооруженным глазом.

Технологические нюансы, о которых не пишут в учебниках

В нашем цехе в Даляне для плазменного напыления используется установка с системой подачи газа через керамический сопловой блок — классика, но с модификациями. Например, мы давно отказались от чистого аргона в пользу аргон-водородной смеси, особенно для нержавеющих сталей. Да, водород требует контроля до сотых долей процента, зато предотвращает окисление границ напыляемых частиц. Помню, как в 2018 году попробовали добавить 5% гелия — теоретически для повышения теплопроводности струи. На испытаниях термопара показала перегрев субстрата на 40°C, и на образцах появились микротрещины. Вернулись к старому рецепту.

Толщина слоя — отдельная головная боль. Для упорных подшипников мы держим 150–200 мкм, но если деталь работает в условиях термоциклирования (скажем, формы для литья алюминия), снижаем до 80 мкм. Один раз заказчик настоял на 300 мкм ?для надёжности? — через две недели получил отслоившиеся фрагменты в узле трения. Разбирали тот случай с трёхкоординатным измерителем: оказалось, остаточные напряжения в толстом слое не компенсировались пластичностью основы.

Подготовка поверхности — та стадия, где чаще всего экономят, а зря. Перед OEM покрытием мы не просто пескоструим, а используем корундовую дробь с размером зерна 0,3–0,5 мм. Если деталь сложной геометрии (например, лопатки турбин), добавляем ультразвуковую промывку в ацетоне. Без этого даже идеально настроенная плазма не даст адгезию выше 35 МПа.

Оборудование и его капризы

Наш цех с постоянной температурой — не роскошь, а необходимость. Летом 2021 года кондиционер в старом помещении вышел из строя на три часа. Влажность подскочила до 70%, и вся партия валов для судовых дизелей пошла под брак: поры в покрытии видны под микроскопом как кратеры. Теперь мониторим влажность автоматически, с выводом данных на пульт оператора.

Из 102 единиц оборудования для напыления задействованы семь установок, причём две — исключительно для экспериментов. Например, пробовали напылять карбид вольфрама-кобальт на алюминиевые сплавы. Проблема не в самом процессе, а в последующей механической обработке: резец быстро залипает, если не подобрать охлаждающую эмульсию. В итоге для таких случаев перешли на алмазное шлифование.

Трёхкоординатная измерительная машина в сборочном цехе — наш главный арбитр. Но и она не всесильна: например, не фиксирует локальные перегревы в зонах скругления. Для таких участков используем термочувствительные метки, которые меняют цвет при превышении 180°C. Мелочь? Возможно, но именно такие мелочи отличают промышленное OEM покрытие от кустарного.

Кейсы и провалы

В 2019 году делали партию штампов для горячей штамповки латуни. Заказчик требовал покрытие на основе оксида алюминия-титана. На испытаниях в лаборатории всё было идеально — твёрдость 1200 HV, адгезия 50 МПа. Но в реальном производстве через 500 циклов появились сколы. Оказалось, термоциклы вызывали фазовые превращения в связующем слое. Пришлось переходить на многослойную систему с никелевым подслоем — и только тогда ресурс превысил 3000 циклов.

А вот удачный пример: крыльчатки насосов для химической промышленности. Материал — хастеллой, покрытие — карбид хрома. Ключевым стал этап вакуумной пропитки после напыления, чтобы закрыть открытые поры. Без этого даже 0,3% пористости приводили к коррозионному растрескиванию. Сейчас такие детали работают на заводе в Находке уже третий год без замены.

Самый обидный брак был с роторами компрессоров: микротрещины в зоне переходной кромки. Дефект проявился только при ультразвуковом контроле. Причина — несогласованность в ТУ: технолог указал скорость вращения детали 50 об/мин, а для такой геометрии нужно было не более 30. Теперь для сложных профилей проводим предварительное моделирование тепловых потоков.

Что заказчики недоговаривают

Часто присылают детали с остатками смазки в глухих отверстиях — мол, ?вы же всё равно чистите?. Но даже следы силиконового спрея нарушают равномерность плазменной струи. Пришлось ввести штрафные санкции за неподготовленные поверхности — спорное решение, но после этого количество рекламаций снизилось вдвое.

Ещё один момент — условия эксплуатации. Для морского оборудования мы всегда предлагаем тестовое напыление с последующим солевым туманом. Но некоторые клиенты отказываются, экономя время. Один раз такой ?сэкономленный? узел вышел из строя через месяц в порту Владивостока — солевые отложения проникли через поры к базовому металлу.

Интересно, что европейские заказчики чаще спрашивают о сертификации процесса, а азиатские — о сроке службы. Мы для себя выработали компромисс: предоставляем протоколы испытаний по ГОСТ и ISO, но с пометками, сделанными от руки — типа ?в данном случае контроль проводился при +23°C, а не +20 как по стандарту, из-за сезонной влажности?. Честность подкупает.

Перспективы и тупики

Сейчас экспериментируем с гибридными методами — например, комбинация плазменного напыления и лазерной наплавки для ремонта дорогостоящих пресс-форм. Пока стабильность оставляет желать лучшего: лазер вызывает локальное оплавление напыленного слоя. Коллеги из Новосибирска советуют попробовать импульсный режим, но у нас такое оборудование появится не раньше следующего года.

Ещё одно направление — наноструктурированные покрытия. Пробовали наносить модифицированный диоксид циркония с размером частиц 50–70 нм. Твёрдость выросла на 15%, но стоимость обработки — втрое. Для массового производства пока нерентабельно, разве что для аэрокосмических компонентов.

Главный вывод за эти годы: не существует универсального решения. Каждый раз приходится балансировать между технологическими возможностями, стоимостью и реальными условиями работы детали. И если где-то предлагают ?идеальное покрытие для всех случаев? — это повод проверить их лабораторное оборудование.