Принцип действия установки МАП-1

Вакуумно-плазменная технология высоких энергий (ВПТВЭ).

Конденсационные защитные покрытия. Вакуумно-плазменная технология высоких энергий (ВПТВЭ). Принцип действия установки МАП-1. Схема технологического процесса.

Жаростойкие защитные покрытия (ЖЗП) условно делят на диффузионные и конденсационные.

Конденсационные ЗП- это покрытия (нанесенные методом напыления) имеющие переходную диффузионную зону с материалом основы и собственно покрытия. Диффузионная зона ограничивается узкой областью. На границе раздела покрытие- основа хим состав изменяется скачкообразно.

Алитированные покрытия всегда зависят от материала. Напылением можно наносить многокомпонентные покрытия из широкого круга металлических и неметаллических, создавать 2-х и 3-х слойные покрытия.

Разработана математическая модель «состав-свойства», которая позволяет рассчитывать состав в зависимости от требуемых свойств к покрытию. Назначение свойств покрытия- это конструкторская задача.

Способы получения конденсационных покрытий:

· Термо-вакуумное испарение

· Катодное распыление

· Газоплазменное, ионно-плазменное и плазменное напыление

· Электронно-лучевая технология.

В отеч. машинстрой для напыления жаростойких покрытий чаще применяется технология, разработанная ВИАМ.

На установке МАП-1 для нанесения в вакууме покрытий путем осаждения ионов из потока плазмы, дополнительно ускоренных электрическим полем подложки (лопатки турбины).

Разработан ряд составов многокомпонентных покрытий системы Ni(Co)-Cr-Al-Y.

В соответствии с энергией потока частиц существуют следующие виды ионной обработки поверхности пера лопатки:

· Энергия частиц 10-10² В происходит осаждение (конденсация) покрытий сопровождающееся ионной бомбардировкой и самораспылением конденсата на обрабатываемой поверхности.

· Энергия частиц 10² -10⁴ эВ осуществляется ионное травление обраб пов-ти, сопровождающееся ее разогревом и термодиффузионным насыщением.

· Энергия частиц 10⁴ -10⁵ эВ происходит модифицирование поверхности слоя лопатки в результате внедрения ионов потока плазмы в материал подложки.

· Энергия частиц выше10⁵ эВ происходит разогрев поверхности пера лопатки выше температуры фазовых и структурных изменений.

В МАП-1 используют плазму с энергией частиц до10³ эВ.

Основан на методе катодного вакуумно-дугового распыления наносимого материала. Использование вакуумно-дуговой способности генерации плазмы материала катода путем его эрозии катодным пятном вакуумной дуги.

В установке предусмотрена ионная очистка покрываемых поверхностей путем их бомбардировки ионами плазмы материала покрытия при энергии ионов 400-500эВ, что соответствует отрицательному потенциалу на лопатках 200-250В.

Процесс ионной очистки сопровождается нагревом поверхности, ее активации и образованием переходной зоны между основой и покрытием.

Покрываемые детали размещают при помощи кассет на позициях вращения планетарного механизма, обеспечивающего вращение детали вокруг собственной оси и вокруг цилиндрического катода из испаряемого материала.

Для локализации зоны испарения на катоде в установке использован принцип электромагнитной фиксации (стабилизации) катодных пятен на окружности по внешней поверхности катода при помощи магнитного поля арочной конструкции, создаваемого магнитной системой, расположенной внутри цилиндрического катода.

Покрываемые детали располагают в установке на уровне зоны испарения, что обеспечивает максимальную скорость осаждения.

Установка МАП-1 при токе вакуумной дуги 750А обеспечивает скорость испарения катода 200-215г/час и скорость осаждения покрытия а вращающуюся подложку 25мкм/час.

Покрытие СОП-1 системы Ni-Cr-Al-Y (по данным «Салют») позволило обеспечить3-х кратное повышение ресурса лопаток 1 ступени двигателя АЛ-31Ф из сплава ЖС6У посравнению с алитированием.

Покрытие СДП-1 конденсированное состоит из двух фаз β-фаза (NiAl) и γ-фаза (Ni₃Al), дополнительно легированные иттрием (элементом, повышающим жаростойкость) и карбидом.

Толщина слоя 50мкм за 2 часа.

Основными дефектами защитного покрытия являются:

· Сколы покрытия из-за недостаточной адгезии

· Наличие крупной капельной фазы в слое, образующейся из-за вскрытия пор при испарении материала катода

· Микротрещины в слое, обусловленные наведением значительных растягивающих напряжений при напылении (термообработка без пролеживания).

Преимущества осаждения:

1. возможность управления энергией частиц плазмы, путем ускорения или торможения ионов изменением электрического потенциала детали.

2. направленность потока плазмы, что обеспечивает высокие значения КИМ катода.

3. возможность осаждения покрытия при относительно назкой температуре основы (нет необходимости внешнего подогрева)

4. возможность получения покрытий сложного состава.

Схема технологического процесса нанесения покрытия.

1. входной контроль лопаток

2. подготовка поверхности пера лопатки под покрытие (обезжиривание бензином, потом ацетоном, сушка, пескоструйная обработка для снятия окислов и частичной активации поверхности).

3. сборка лопаток в кассеты.

4. установка кассет в рабочую камеру МАП-1, получение в установке вакуума. Насос ДВН-50-2 насоса вакуумный и форвакуумный до 10^-3 , парамасленный насос диффузионного типа до 10^-5 .

5. ионная очистка пера лопатки в плазме сплава-15мкм; контроль по эталонной диаграмме.

6. Нанесение на перо сплава заданной толщины-50мкм 2 часа

7. охлаждение покрытия лопатки в глубоком вакууме 2 часа

8. выгрузка лопаток из камеры

9. выходной контроль (внешний вид)

10. вакуумный отжиг лопаток в печи СЭВ-5 для снятия остаточных напряжений в покрытии (и лопатки от мех обработки) по режиму Т=1010-3 часа, Т=1050-3 часа с давлением 0,1 Па охлаждение вместе с печью

11. окончательный контроль качества покрытия методом ЛЮМ1-ОВ, внешний осмотр, сравнение электрических диаграмм тока вакуумной дуги и напряжений на деталях при ионной очистке с эталонными диаграммами, металлографический анализ покрытия на лопатках- оценка прочности сцепления.

При внешнем осмотре на поверхности детали не допускаются сколы, трещины, вспучивания и отслоения покрытия.

На поверхности допускается наличие микрокапельной фазы. Ее распределение и внешний вид должны соответствовать контрольному образцу.

Дата добавления: 2014-01-07