Выбор напыляемого материала

В зависимости от требуемых свойств покрытий, получаемых при плазменном напылении, наиболее широко применяются следующие материалы:

1. Оксиды. Они широко используются для нанесения теплозащитных и износостойких покрытий. Покрытия из оксида алюминия (Аl2O3) имеют белый цвет, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами и являются устойчивыми при высоких температурах. Их напыляют на трущиеся поверхности деталей, работающих без ударных нагрузок. Такие покрытия обладают высокой твердостью, низким коэффициентом трения и химической устойчивостью. Основным недостатком покрытий из окиси алюминия является хрупкость и низкая механическая прочность. При местных ударных нагрузках покрытия могут отделяться от основы.

Покрытия из диоксида циркония (ZrO2) имеют бледно-желтую окраску. Наиболее важными характеристиками покрытий из диоксида циркония являются их высокая жаростойкость, очень низкая теплопроводность. Эти покрытия химически неактивны.

Коррозионностойкие покрытия должны обладать высокой плотностью, не иметь сквозных пор. Порошок диоксида титана (TiO2) в напыляемой смеси служит легкоплавкой составляющей и благоприятствует достижению поставленной цели. Плотность покрытия может быть также повышена введением до 25 % фторидов, щелочно-земельных металлов или 2 5 % Cr2O3.

Для предотвращения отслаивания покрытия от основы, что вызвано большой разницей в коэффициентах термического расширения, к оксидам добавляют порошки металлов, например меди. В практике часто используют смеси порошков окислов с металлами: Al2O3-Ni; Al2O3-Mo; Al2O3-Cr и другие. Возможность применения плазменных оксидных покрытий для защиты деталей машин от абразивного изнашивания, кавитации и коррозионного воздействия агрессивных сред представляет большой интерес. Однако для залечивания пористости необходимы дополнительные операции по пропитке таких покрытий различными лаками, полимерами.

Метод плазменного нанесения покрытий используют в различных отраслях машиностроения для защиты поверхностей деталей и узлов машин от абразивного, эрозионного, коррозионного и других видов воздействия рабочей среды для восстановления деталей, изношенных во время эксплуатации, а также упрочнения деталей машин. Подбирая различные материалы покрытий, можно модернизировать свойства поверхностного слоя в широких пределах (таблица 1).

Таблица 1. Функциональное назначение покрытий

Материал покрытий	Характеристика поверхностного слоя, улучшаемая нанесением покрытий
	Al2O3; Al-Ni; Cr-B-Ni-Si; Ni-Ti; Mo; Cr2O3; Cr; WC; MgAl2O4	Износостойкость
	Al; Al2O3; Cr; Ti; Zn; Cr2O3; Al2O3-TiO2	Коррозионная стойкость
	Al2O3; ZrO2; Al-Ni; Mo; ZnB; MgAl2O4	Термостойкость
	ZrO2; WC-CO; TiC; Cr2O3; Cr-B-Ni	Эрозионная стойкость
	W; Mo; WC; Cr-Ni;MoSi2; MgAl2O4	Жаропрочность
	Al-Ni; Ti-Ni; Al2O3; ZrO2	Антисхватывание подвижных узлов
	Al2O3; NiSi2; Al-Ni; ZrO2	Теплоизоляция
	Al2O3; BaTiO3; SiO2; MgO-Al2O3	Электроизоляция
	Mo; Ti-Ni; Al; Ni	Герметичность соединений

2. Металлы и сплавы. Вольфрам (W) способен образовывать при плазменном напылении металлическую связь с большинством металлов. Вольфрам имеет высокую температуру плавления (Т пл= 3683 К). Используется для нанесения износостойких и эрозионностойких покрытий. При плазменном напылении применяется вольфрамовый порошок марки В или В -1с размером гранул 40-100 мкм.

Молибден (Мо) хорошо сцепляется с поверхностью черных металлов, поэтому его часто используют для напыления подслоя, на который потом наносят покрытия других металлов. Молибденовые покрытия обладают хорошей износостойкостью. Для плазменного напыления также используют сплавы молибдена с железом, титаном, кремнием и механические смеси на основе молибдена с добавками окиси алюминия и окиси титана.

Порошковые сплавы на основе железа с высоким содержанием углерода (таблица 2) имеют низкую стоимость, высокую износостойкость. Ярко выраженный недостаток этих порошков склонность к окислению при напылении.

Таблица 2. Самофлюсующиеся сплавы на железной основе

Марка порошка	Химический состав C Cr Si B Ni Mn Fe	Твердость покрытия, HRCэ	Температура плавления, К
ПР-Х4Г2Р4С2Ф	1,2	3,7	2,2	3,3			ост.
ПР-8Х16Н8Ф3ТР	1,8	16,5		1,5	7,7		ост.
ПГ-АН-1	2,8		2,5	1,8		1,5	ост.
ЛГС-1	1,5	2,0	5,0	0,7	4,0		ост.

Группа терморегулирующих порошков на основе интерметаллидов (Ni-Ti; Ni-Al; Ni-Cr) отличается хорошими адгезионными свойствами вследствие экзотермических реакций компонентов и обеспечивает высокие плотность и износостойкость покрытий. Наибольшее распространение получили самофлюсующие порошки системы никель-хром-кремний-бор марок ПГ-10Н-01, ПГ-10Н-04, ПГ-12Н-01 и др. (таблица 3). Эффект самофлюсования у этих сплавов достигается тем, что при оплавлении кремний и бор связывают кислород, адсорбированный на поверхности порошка, в боросиликатные шлаки, которые всплывают на поверхность. Покрытия из этих металлов обладают высокой износостойкостью, коррозионной и эрозионной стойкостью при повышенных температурах.

Таблица 3. Порошковые сплавы на никелевой основе

Марка	Химический состав, %	Твер-дость	Назначение и характеристика сплава
Cr	B	Si	Fe	C	Al	Ni
ПГ-10Н-01	14 20	2,8 4,2	4,0 4,5	3,0 7,0	0,6 1,0		ост.	55 62 HRCэ	Для упрочнения и восстановления инструмента
ПГ-10Н-04		1,2 1,8	2,3 2,8	до 2	до 0,2		ост.	86 96 HRB	Для упрочнения и восстановления штампов, зубчатых колес
ПГ-12Н-01	8 14	1,7 2,3	1,2 3,2	2,0 5,0	0,3 0,6		ост.	35 44 HRCэ	Для упрочнения и восстановления поршней насосов, валов
ПТ-НА-01						4,0 5,3	ост.		Применяется в качестве под-слоя. Наносится на все металлы
ПТ-19Н-01	8 14	1,7 2,8	1,2 3,2	2,0 5,0	0,3 0,6	0,8 1,3	ост.	28 40 HRCэ	Наносится на деталь через подслой

На основании полученных данных, из предложенных порошков, был выбран самофлюсующийся порошок марки ПР-Х4Г2Р4С2Ф, так как он обладает достаточной твердостью.

Дата добавления: 2015-08-31