ЗАЩИТНЫЕ И УПРОЧНЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ

В большинстве случаев напыляемые материалы поставляются в виде порошков. К преимуществам относят низкую стоимость и простую технологию получения порошков ма­

териалов и сплавов, из которых невозможно изготавливать проволоку или пруток обыч­ными методами в виду их высокой твердости и хрупкости. Недостатком является более низ­кая плотность и высокая пористость по сравнению с напылением проволокой.

Частицы порошков, используемых для напыления, должны иметь сферическую или комкообразную форму. Частицы, имеющие сложную форму, плохо поступают из бункера в питатель и к тому же легко окисляются при движении в потоке газа, что приводит к ухудше­нию качества напыляемого покрытия.

Рассмотрим химические составы и свойства порошков металлов, сплавов и различных соединений, используемых для напыления.

Металлы и сплавы.

Молибден применяется для плазменного напыления и имеет чистоту выше 99.9%.

Вольфрам. Из всех металлов вольфрам имеет наиболее высокую температуру плавле­ния. Необходимо использовать вольфрам, содержащий небольшое количество примесей, особенно железа.

В табл. 4.4 представлены основные характеристики свинцово-медных сплавов и свин­цовистых бронз. Имеют низкую пластичность и поэтому изготовляются в виде порошков. Их используют для напыления подшипников.

(vi) Таблица 4.4.

Коррозионностойкая сталь и нихром. Покрытия из этих порошков обладают анти­коррозионными свойствами, жаростойкостью и износостойкостью. Нихромовые покрытия (80 % Ni и 20 % Cr) можно использовать как подложку, к тому же они достаточно плотные и не позволяют агрессивным газам из атмосферы, проникающим через поры основного покры­тия, взаимодействовать с защищаемым металлом.

Кобальтовые и никелевые сплавы. Сплавы на основе кобальта обладают высокой твердостью, которая практически не снижается даже при высоких температурах, износо­стойкостью и антикоррозионными свойствами. При плазменном напылении таких сплавов сразу получается плотное покрытие не требующее оплавления.

Алюминид никеля. Представляет собой порошок алюминия, плакированного никелем. При напылении под действием высокотемпературной газовой струи расплавленный алюми­ний и никель вступают в экзотермическую реакцию, которая приводит к образованию соеди­нений. Выделенное большое количество теплоты позволяет частицам взаимодействовать с материалом подложки с образованием металлических связей, что обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия.

Самофлюсующиеся сплавы. Напыленные из них покрытия и последующее их оп­лавление позволяет получать покрытия без пор. Самофлюсующиеся сплавы представляют собой сплавы на основе никеля, никеля и хрома, или кобальта, содержащие добавки бора и кремния. Напыление порошков таких сплавов дает возможность получать покрытия, обла-

дающие износостойкостью, эрозионной стойкостью, коррозионной стойкостью,

стойкостью к окислению при высоких температурах и т. д.

В табл. 4.5 и 4.6 представлены марки самофлюсующихся сплавов на основе никеля.

(x) Таблица 4.6.

(xi) Химический состав (%) и твердость самофлюсующихся твердых сплавов Ni -

Самофлюсующиеся кобальтовые сплавы представлены в табл. 4.7. Сплавы на основе кобальта обладают повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью при высокой температуре.

(xiii) Таблица 4.6.

(xiv) Химический состав (%) и основные свойства самофлюсующихся сплавов на ос­нове кобальта.

Керамика. К керамике обычно относят такие соединения, как окислы металлов, бо - риды, нитриды, силициды, карбиды и др. В настоящее время наиболее широко используют для напыления окись алюминия Л1203, двуокись циркония Zr02 и карбид вольфрама WC.

Окислы. По сравнению с другими высокотемпературными материалами окислы име­ют наиболее низкие электро - и теплопроводность и значительную прочность при высоких температурах. Окислы можно разделить на простые и сложные. Простые окислы представ­ляют собой соединения одного металла, а сложные - соединения двух или нескольких ме­таллов. Наиболее высокие температуры могут выдерживать простые окислы. Сложные окис­лы в большинстве являются тугоплавкими материалами, однако, температура их плавления более низкая, чем температура плавления входящих в них компонентов. Свойства окислов можно найти в справочной литературе [9].

Бориды тугоплавких металлов имеют высокие температуры плавления. Отличитель­ной особенностью является их значительная твердость. Однако в окислительной среде при температуре 1300 - 1500 0С они начинают окисляться, что является их недостатком. В ней­тральной и восстановительной атмосферах их используют как жаропрочные материалы. Особенным преимуществом является возможность их использования в вакууме, так как они имеют низкую упругость паров. Покрытия из боридов в основном наносят плазменным на­пылением.

Силициды. Большинство из них имеет низкую температуру плавления. Наносят плаз­менным напылением. В данное время силициды распространены мало.

Карбиды. Температуры плавления карбидов металлов значительно выше температур плавления самих металлов. При высокой температуре в окислительной атмосфере карбиды могут разрушаться. Однако большинство из них обладает лучшей жаростойкостью по равне­нию с жаростойкими материалами. Особенно высокой жаростойкостью обладают карбиды кремния и титана. Карбиды бора, кремния, титана и вольфрама характеризуются высокой твердостью и их используют в режущих инструментах.

Нитриды хрупки и имеют низкую стойкость против окисления. Поэтому самостоя­тельно в качестве жаростойких материалов не используются, а вводятся в качестве добавок в другие жаростойкие материалы для улучшения некоторых характеристик.

Окись алюминия. Покрытия из чистого алюминия обладают хорошими теплоизоля­ционными свойствами. Эти покрытия обладают высокой твердостью, низким коэффициен­том трения и химической устойчивостью, однако они хрупки и имеют низкую механическую прочность.

Покрытия из окиси алюминия, содержащие оксид титана, отличаются лучшей пла­стичностью и большей стойкостью к ударным нагрузкам, но несколько худшими термиче­скими свойствами.

Двуокись циркония. При обжиге двуокиси циркония с добавками CaO или MgO об­разуется стабилизированная двуокись циркония. Такие покрытия высокой жаростойкостью и низкой теплопроводностью. Кроме того они химически неактивны и имеют сравнительно невысокую упругость паров.

Карбид вольфрама обладает очень высокой твердостью и является типичным износостойким материалом. Из чистого WC трудно получить покрытие, так как при напыле­нии он легко разлагается на W20 и С. Поэтому целесообразным является напыление карбида вольфрама с кобальтом или их композиции, прошедшей предварительную обработку.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Газопламенным способом можно наплавлять материалы температура плавления кото­рых ниже температуры газокислородного пламени. Дуговое напыление ограничивается элек­тропроводностью материала. Однако, разработанные в последнее время новые способы на­пыления (детонационное и плазменное) позволяют проводить напыление практически любым твердым веществом.

Напыление используют как способ поверхностной обработки конструкционных мате­риалов, деталей машин, инструмента и других изделий с целью повышения износостойкости, жаростойкости, теплоизоляционных и электроизоляционных свойств, коррозионностойкости и т. п.

Напыление применяют в двух основных областях:

1. Напыления коррозионно-стойких покрытий на различные емкости в химической про­мышленности, детали судовых механизмов, элементы судовых конструкций и т. п.;

2. Реставрация изношенных инструментов и деталей машин.

Напылением сравнительно просто наносить покрытия на любом ограниченном участ­ке поверхности изделия из самых разнообразных материалов, надежно защищать эти участ­ки и получать желаемые свойства покрытия.

Ниже перечислены наиболее распространенные области применения технологии на­пыления.

1. Упрочнение деталей машин в общем машиностроении

1.1. Автомобильная промышленность: распределительные и коленчатые валы, головки поршней, цилиндры и др.

1.2. Авиационная промышленность: со - пла реактивных двигателей, лопатки турбин.

1.3. Электротехническая промышленность: конденсаторы, отражательные поверхности антенн.

1.4. Цементная промышленность: лопасти вентиляторов.

1.5. Химическая промышленность: клапаны, валы и корпуса насосов, цилиндры и кольца и т. д.

1.6. Угольная и металлургическая промышленность: лопатки дымососов, детали ковшей, матрицы, пуансоны и др.

1.7. Изделия общего назначения: калибры, шпиндели, валы и т. п.

1.8. Прочие изделия: подшипники, коленчатые валы, зубья шестерен и т. п.

2. Применение напыления в областях, требующих коррозионной стойкости покрытий и

стойкости к окислению при повышенной температуре.