Плазменное напыление.

Плазменное напыление — это процесс нанесения покрытий напылением, при которым для расплавления и переноса материала на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Устройство плазмотронов описано в разд. 13. 2 (см. рис. 13. 9). Попадая в плазменную струю, порошок расплавляется и приобретает определенную скорость полета, которая достигает наибольшей величины на расстоянии 50... 80 мм от среза сопла плазмотрона. На этом расстоянии целесообразно располагать деталь.

Таблица 14. 2

Рекомендуемые материалы электродной проволоки

Операция	Материал проволоки
Восстановление поверхностей под неподвижные посадки	Стали: 08, 10, 15, 20
Получение износостойких покрытий	Стали: 45, У7, У7А, У8, У8А, У10. Проволока марок: Нп-40, Нп-30ХГСА, Нп-30Х13
Металлизация деталей, работающих при высоких температурах	Хромоникелевые стали
Восстановление подшипников	Антифрикционные сплавы составов (% по массе): алюминия — 50, свинца — 50; стали — 75, меди — 25; стали — 75, латуни — 25; меди — 75, свинца — 25
Нанесение антифрикционных покрытий	Латунь ЛС59-1
Заделка трещин, раковин и нанесение противокоррозионных покрытий в чугунных деталях	Цинк: Ц1, Ц2
Заделка трещин в деталях из алюминиевых сплавов	Сплавы: АД, АМц, АМг

Преимущества плазменного напыления: этим способом удается наносить покрытия из всех материалов, которые не разлагаются и не испаряются при обычных температурах (окислы, нитриды, карбиды и многокомпонентные материалы, называемые псевдосплавами); затраты на получение азотной плазмы вдвое меньше стоимости кислородно-ацетиленового пламени при эквивалентных выделениях энергии; процесс позволяет полностью автоматизировать технологию; возможность нанесения покрытий на детали разнообразной конфигурации (плоские, криволинейные поверхности, тела вращения).

При плазменном напылении производительность плазмотронов составляет от 2 до 20 кг/ч. Однако по сравнению с электродуговым напылением плазменное имеет меньшую производительность.

Технологический процесс подготовки поверхностей при плазменном напылении покрытий на изношенные цилиндрические поверхности деталей типа «вал», а также фигурные и плоские поверхности, износ которых не превышает 1, 0... 1, 5 мм, предусматривает следующие операции:

очистку деталей от грязи, масляных и смолистых отложений, а при неравномерном их износе — механическую обработку для устранения неровностей и придания поверхности правильной геометрической формы;

сушку деталей после промывки в сушильном шкафу при температуре 80... 150°С или обдувку сжатым воздухом;

механическую обработку в зависимости от вида детали и места напыления. Поверхности деталей типа «вал», которые не подвергались закалке и химико-термической обработке, протачивают на токарном станке на глубину не менее 0, 1 мм на сторону. Поверхности под подшипники обрабатывают резанием. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала шлифуют на круглошлифовальном станке;

дополнительная промывка отверстий, масляных каналов, пазов в ацетоне с помощью капроновых или щетинных «ершей»;

обработка отверстий масляных каналов, используя для этого угловые шлифовальные круги и бормашины (типа ИП-1011). Шлифуют фаски под углом 45 ° на глубину 1, 5... 2, 0 мм. Масляные каналы и отверстия закрывают графитовыми пробками на глубину 3... 5 мм так, чтобы они выступали над поверхностью на 1, 5... 2, 0 мм;

специальная механическая обработка выполняется в случае нанесения покрытий толщиной более 1, 0 мм или при эксплуатации детали в условиях повышенных нагрузок, особенно срезающих. Основные виды специальной механической обработки: нарезка «рваной» резьбы, фрезерование канавок, насечка поверхности, накатка резьбы роликом;

абразивно-струйная обработка выполняется для получения требуемой шероховатости. Шероховатость поверхности после обработки должна быть 10... 60 мкм в зависимости от материала детали. Все отверстия и каналы перед абразивно-струйной обработкой закрывают стальными или графитовыми пробками, а также различными заглушками. Абразивно-струйная обработка ведется в специальных камерах (например, типа 026-07. 00. 000 «Ремдеталь»). Режимы обработки: давление сжатого воздуха — 0, 3... 0, 6 МПа, дистанция обдува — 50... 100 мм, угол атаки струи — 75... 90°. В качестве абразивных материалов используют электрокорунд с зернистостью g0... 150 мкм или металлическую дробь ДЧК, ДСК номера 01, 02, 03, 05. Металлический абразив не должен иметь следов ржавчины. Металлическая дробь применяется для обработки материалов с твердостью до HRC 40, кроме материалов с высокой вязкостью. Абразив из электрокорунда может быть использован до 30 раз, металлическая дробь — 60... 90 раз. Электрокорунд после пяти-семикратного использования необходимо просушить при температуре 200... 250 °С в течение 3, 5 ч и отделить мелкую фракцию (менее 100 мкм). После абразивно-струйной обработки детали обдувают сухим воздухом для удаления частиц абразива с поверхности.

Для поверхностей деталей, имеющих местный износ не более 2... 3 мм, при подготовке выполняют следующие операции: очистка деталей от грязи; очистка деталей от масляных и смолистых отложений; предварительная механическая обработка; абразивно-струйная обработка поверхностей детали электрокорундом зернистостью 500... 800 мкм в струйных камерах.

Восстановление изношенных деталей плазменным напылением выполняют на специализированных участках. Их необходимо укомплектовывать установкой для газотермического напыления, плазменной установкой, источником питания, установкой для охлаждения оборотной воды, камерой для струйной обработки деталей, установкой для определения зернового состава порошков, электропечью, водяным насосом, масловлагоотделителем, техническими весами (предел взвешивания не менее 5 кг), слесарными верстаками и стеллажами для хранения порошков, абразива и деталей.

Для охлаждения плазменных горелок и источника питания желательно использовать дистиллированную воду.

Приведем режимы напыления в зависимости от напыляемого материала. Состав плазмообразующего газа: аргон — 70... 95 %, азот — 530%; расход газа (л/мин): плазмообразующего — 35... 45, транспортирующего — 6... 9; сила тока — 280... 370 А, напряжение дуги 45... 50 В, дистанция напыления 80... 120 мм; частота вращения детали — 20... 40 мин ^-1.

Напыленные плазменные покрытия обладают повышенной твердостью, хрупкостью и пониженной теплопроводностью из-за оксидных включений и пор в слое покрытия. Отрицательное влияние оказывает качество напыленного плазменного покрытия и разница в коэффициентах термического напряжения, возникающая в процессе напыления. Все это предопределяет ряд особенностей последующей обработки покрытия. Применение обычных режимов в процессе механической обработки приводит к возникновению трещин, сколов и дополнительных термических напряжений. Для механической обработки плазменных покрытий необходимо использовать алмазный инструмент. Приступать к чистовой обработке деталей с плазменным покрытием следует не ранее чем через 24 ч после напыления в связи с необходимостью полной релаксации внутренних напряжений в деталях и покрытиях. При правильном шлифовании покрытие не должно выглядеть глянцевым или полированным. Шлифование проводится с подачей фильтрованной охлаждающей жидкости (наилучшим вариантом является вода с добавкой 5% эмульсола при расходе 0, 6... 0, 85 л/мин).

В ысокочастотное напыление. Плавление исходного материала покрытия (проволоки) происходит за счет индукционного нагрева, а распыление — струей сжатого воздуха. Головка высокочастотного аппарата (рис. 14. 3) имеет индуктор, питаемый от генератора ТВЧ, и концентратор тока, который обеспечивает плавление проволоки на небольшом участке ее длины.

Высокочастотное напыление предназначено только для стационарных работ, так как подвод электроэнергии осуществляется от мощных генераторов ТВЧ, используемых для поверхностной закалки. Преимущества высокочастотного напыления — небольшое окисление металла, относительно высокая механическая прочность покрытия. Недостатки — недостаточная производительность процесса, сложность конструкции, высокая стоимость оборудования и энергоносителей.