2.3 Материалы и оборудование для плазменного напыления

Для восстановления изношенных поверхностей плазменным напылением в качестве напыляемого материала могут быть использованы порошки различных металлов, их оксидов, карбиды, органические соединения и др.

Широкое применение получили порошковые самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Сr-В-Si, в которые нередко добавляют карбиды, бориды тугоплавких металлов (вольфрам, ванадий, хром, молибден) для образования композиционных сплавов с более высокими физико-механическими свойствами.

Также распространены биметаллические термореагирующие порошковые сплавы, обладающие экзотермическими свойствами, повышающими прочность сцепления покрытия с основой и физико-механические свойства в целом. Их применяют в качестве подслоя или для напыления основного слоя. Они состоят из частиц сферической или близкой к ней формы. Каж­дая частица экзотермических порошков состоит из никелевого ядра, покрытого тонким слоем мелкодисперсного алюминия. Такие порошковые сплавы используются не только как износостойкие покрытия для восстановления деталей ма­шин. Их можно применять как жаро-, тепло-, коррозионно-стой­кие покрытия для деталей, работающих при повышенных темпе­ратурах, в условиях окислительных сред, что способствует по­вышению долговечности деталей машин [6, 10].

Порошки на никелевой основе (система Ni-Сr-B-Si-С-Fе) применяют для напыления при восстановлении деталей (валы, поршневые насосы, клапаны, толкатели) из углеродистых, коррозионно-стойких сталей и чугуна. При твердости до НRС 40 покрытия обрабатывают резанием, свыше HRС 40 - шлифованием. Напыленные соединения имеют низкий коэффициент трения, высокую допустимую ра­бочую температуру (до 800°С); твердость регулируется содержанием С, В, Сr.

Порошки системы Ni-В-Si низко­углеродистые, отсутствие в их составе хрома значительно сни­жает их твердость. Нанесенные покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Их применяют для восстановления посадочных мест под подшипники, зубчатые колеса, кулачковые муфты. Покрытия хорошо обрабатываются реза­нием.

Порошки-металлиды представ­ляют собой химическое соединение двух металлов (NiА, Ni_зА1, А1Тi). Их можно применять для плазменного, детонационного и газопламенного напыления.

На свойства напыляемого слоя значительное влияние оказывает не только состав порошка, но и форма и размеры частиц порошка. При напылении, как правило, применяют частицы порошка сферической формы, поскольку они обладают наиболее высокой сыпучестью. Размеры обычно выбирают в пределах 40-100 мкм.

При значительной разнице размеров частиц невозможно обе­спечить их равномерный нагрев. Это объясняется тем, что, не­смотря на высокую температуру плазменной струи, крупный по­рошок не успевает расплавиться за короткое время его нахож­дения в плазменной струе. Мелкие частицы ис­паряются, а основная масса порошка из-за низкой кинетической энер­гии оттесняется плазменной струей в сторону, не достигнув ее центральной зоны.

Кроме порошков, при напылении применяют электродные проволоки разных марок, главным образом износостойкие [5, 6].

Участки, на которых выполняют восстановление изношенных деталей плазменным напылением, укомплектованы следующим оборудованием и оснасткой: универсальная плазменная установка; источник питания; камера для струйно-абразивной обработки деталей; установка для определения зернового состава порошков; электропечь; водяной насос; масловлагоотделитель; технические весы.

Для плазменного напыления серийно выпускаются установки типов: УПУ, УМП и другие. Плазменные установки типа УПУ (УПУ-ЗМ, УП-ЗД) предназначены для напыления покры­тий из порошковых и проволочных материалов. Установки типа УМП (УМП-5-68, УМП-6) предназначены для напыления только порошковых материалов. Они могут быть укомплектованы сварочными преобразователями, которые позволяют в широких пределах изменять напряжение, подводимое к плазмотрону, и обеспечивать тре­буемый режим работы. Установки можно применять для напыления наружных и внутренних поверхностей цилиндриче­ских деталей, а также поверхностей плоских деталей.

В комплект установки для плазменного напыления входят следующие узлы: плазмотрон, механизм транспортирования порошковых или проволочных материалов; пульт управления, в котором сосредоточены измерительные, регулировочные и блокировочные устройства; источник пита­ния дуги; источник и приемник охлаждающей воды; ком­плекс коммуникаций, соединяющий отдельные узлы установки и обеспечивающий подвод к плазмотрону газов, электроэнер­гии, охлаждающей воды.

Ток, плазмообразующий газ, ох­лаждающая вода, подводимые к установке, взаимосвязаны. Взаимосвязь заключается в том, что электрическая схема включения напряжения, подво­димого от источника тока к плазменной горелке, заблокирована контактами реле давления, установленными в системе охлаж­дения водой, а также контактами реле давления, установлен­ными в системе питания плазмообразующим газом.

В случае недостаточного расхода и давления газа или охлаждающей воды срабатывает соответствующее реле и авто­матически отключается источник тока, предохраняя плазмо­трон от расплавления [5].