талей машин. Подбирая различные материалы покрытий, можно изменять свойства поверхностного слоя в широких пределах (табл. 4).

Таблица 4

Функциональное назначение покрытий

2.3. Технология нанесения покрытий

Технологический процесс нанесения покрытий (рис. 7) включает следующие операции: предварительную подготовку поверхности изделия для обеспечения прочного сцепления напыляемого материала с подложкой; подготовку напыляемых материалов; нанесение покрытия; механическую обработку покрытия после напыления.

Обработка для придания шероховатости напыляемой поверхности, напыление подслоя

Обезжиривание

Напыление покрытия

Оплавление (при напылении с оплавлением)

Рис. 7. Структура технологического процесса плазменного напыления поверхности

17

2.3.1. Подготовка напыляемых материалов

Перед использованием напыляемые порошковые материалы необходимо просушить или прокалить. Эту операцию следует проводить в сушильном шкафу или печи в течение 2–5 часов при температуре 200–600 ºС. Порошки рассыпают на противнях тонким слоем (20–25 мм) и периодически перемешивают. Просушка позволяет удалить из порошка гидратную и гигроскопическую влагу, являющуюся источником диффузионного водорода, который вызывает повышенную пористость покрытия и появление трещин в покрытии.

2.3.2. Механическая обработка поверхностей

Предварительной механической обработке подвергаются бывшие в эксплуатации детали, подлежащие восстановлению. Для этого применяют грубую обдирку на наждачном камне, удаляя раковины, трещины, поры. Для придания правильной геометрической формы изношенным участкам применяют точение. Глубина проточки регламентируется условиями эксплуатации. Если допустимый износ составляет 0,5 мм на радиус, глубина проточки должна составлять соответственно 0,65 мм. Проточка должна заканчиваться фаской с наклоном 40–450º к оси детали и выполняться концентрично. В противном случае толщина покрытия окажется различной.

При нанесении покрытий толщиной более 1,0 мм для нагруженных деталей используют и специальную механическую обработку. К видам такой обработки относятся накатка роликом, насечка, фрезерование канавок, нарезание рваной резьбы. Не следует применять крупные резьбы или канавки. Это приводит к чрезмерной пористости и появлению газовых пузырьков в оплавленных покрытиях.

Накатку делают накатным роликом, закрепленным в резцедержателе токарного станка. Насечки наносятся методом фрезерования (в несколько рядов при наклонном положении вращающейся фрезы), вручную или с помощью пневматического зубила. Канавки клиновидной формы прорезают дисковой фрезой или соответствующим строгальным резцом.

«Рваную» резьбу нарезают инструментом с отрицательным передним углом. Вершина угла должна иметь радиус 0,3–0,5 мм, угол резания 80º. Вылет резца не менее 70–100 мм. Режущую кромку смещают на 1,5–5,0 мм вниз от линии центров в зависимости от диаметра обрабатываемой детали (табл. 5). Нарезку производят на малых оборотах (30–40 об/мин) без применения охлаждающей жидкости.

Таблица 5

Технологические параметры нарезания «рваной» резьбы

Перед напылением детали в обязательном порядке подлежат обезжириванию. Масло, жир, краска должны быть удалены с покрываемого участка поверхности и со смежных участков. В противном случае при высокой температуре жирная пленка растечется по всей поверхности, препятствуя адгезии. Для обезжиривания используются органические растворители, например, тетрахлорэтилен, бензол, пиробензол и другие хлорированные углеводороды. Пригодны также моющие составы, щелочные растворы и эмульсии (ГОСТ 9.402–80). Применение последних требует последующей промывки и сушки деталей. В некоторых случаях необходимо дополнительно провести отжиг при температуре примерно 500 ºС для выгорания масла. Хорошие результаты дает промывка растворителями с нагревом до 270–330 ºС, позволяющая вытеснить масло из пор, а также ультразвуковая очистка поверхности.

Для повышения адгезии покрытий поверхностью детали необходимо создать шероховатость. С этой целью применяют струйно-абразивную обработку, а также электроискровые методы. Все чаще в последние годы используют напыление подслоя из материалов, обладающих высокой адгезией к основному металлу.

Струйно-абразивная обработка является наиболее гибким методом. Ее преимущества связаны с возможностью равномерной обработки больших площадей, удалением с поверхности изделия оксидной пленки. Параметр шероховатости после обработки должен составлять Rz = 80–160 мкм. Шероховатость зависит от вида абразива, давления воздуха, применяемого оборудования и твердости обрабатываемой поверхности. В качестве абразивов используют электрокорунд 12Л, 15А и др. зернистостью 53Н, 63Н, 80Н (ГОСТ 3647–80) или металлическую дробь ДКЧ, ДКК номеров 0,2; 0,3; 0,5 (ГОСТ 11964–81). При прочих равных условиях, чем крупнее абразив, тем больше шероховатость. Абразивный материал не должен содержать загрязнений, следов ржавчины, его оборот может составлять 50–100 раз.

Для обработки используется полное давление воздушной магистрали (0,5 МПа). При обработке тонкостенных деталей необходимо исключить их коробление. В качестве первых мер предосторожности выгоднее уменьшить размер абразива, а не давление воздуха, так как использование мелкого абразива производительнее. Расстояние от сопла струйно-абразивного пистолета должно составлять 100 мм, угол наклона 0–15º от нормали к поверхности. Последующее нанесение покрытия следует производить под таким же углом, в противном случае прочность сцепления может снизиться до нуля.

Обрабатывать каждый участок по времени рекомендуется до тех пор, пока дальнейший обдув не перестанет вызывать видимых изменений. Необходимо отметить, что обработка поверхности таким образом вызывает ее наклеп, а прочность поверхности основы существенно влияет на ее активность при напылении. При этом прочность сцепления частицы с основой может как увеличиться, так и уменьшиться. Поэтому злоупотреблять струйно-абразивной обработкой не следует.

При увеличении твердости поверхности глубина обработки уменьшается, что резко изменяет микрогеометрию шероховатости, стенки впадин не могут получать наклона внутрь, металл просто срезается без деформаций или смещений. В случае если твердость поверхности больше 40 НRСэ, струйно-образивной обработки может быть недостаточно для достижения прочного сцепления.

Для обработки необходим чистый и сухой воздух. Наличие трудно обнаруживаемых следов масла значительно ухудшает сцепление. Для индикации масел удоб-

19

но пользоваться быстросохнущими растворителями. Если капля растворителя после высыхания на поверхности оставляет отчетливое пятно, это обычно указывает на присутствие масла.

Травление (ГОСТ 9.402–80) производят для нанесения тонких покрытий при подготовке тонкостенных деталей. Травление протекает с разной скоростью у кристаллов и межкристаллитных включений обрабатываемого материала, что обусловливает появление шероховатости поверхности. После травления поверхность должна быть тщательно нейтрализована. Перерыв между травлением и нанесением покрытий не должен превышать трех часов.

Шероховатость в виде мелкой винтовой нарезки, канавок и накатки можно обеспечить методами механической обработки. Максимальной адгезии можно дос-

тичь при Rzmax = 150–170 мкм.

Электроискровую подготовку поверхности проводят в том случае, когда поверхность имеет высокую твердость (более 50 НRСэ) и в связи с этим не может быть обработана дробеструйным или механическим способами.

Детали, подготовленные к нанесению покрытий, не должны долго храниться, так как это также снижает прочность сцепления. Желательно, чтобы разрыв во времени не превышал 1–4 часов в условиях комнатной температуры (около 20 ºС) и влажности (меньше 75 %).

Как часть процесса подготовки поверхности следует рассматривать предварительный нагрев, который выполняется непосредственно перед нанесением покрытий. При соприкосновении плазменной струи с холодной поверхностью на ней конденсируются пары воды, поверхность моментально увлажняется. При ударе об увлажненную поверхность разогретых металлических частиц влага испаряется под ними, препятствуя прочному сцеплению. Предварительный подогрев снижает также остаточные внутренние напряжения в покрытиях, так как при расширении материала подложки сцепление напыленного металла с горячими поверхностями прочнее, чем с холодными. В принципе, чем выше температура, тем прочнее адгезия. Однако излишний нагрев перед напылением приводит к окислению поверхности, поэтому никогда не следует нагревать напыляемую поверхность так, чтобы она заметно изменила свой цвет.

Удобнее всего предварительный нагрев осуществить плазменным факелом. Плазмотрон должен располагаться достаточно далеко от поверхности напыления. На слишком близкое расположение указывает потемнение напыляемой поверхности.

2.3.3. Напыление подслоя

Подслоем называют тонкие подготовительные покрытия, которые имеют развитую шероховатую поверхность и прочное сцепление с основой. Напыление подслоя производят порошками нихрома, молибдена, никель-алюминиевых сплавов ПН70Ю30, ПН85Ю15, композиционными никель-алюминиевыми, никельтитановыми порошками. Напыление вышеуказанных материалов – это базовый слой, на который напыляют рабочее покрытие значительной толщины при высокой адгезии с подложкой.

20