Спосіб плазменного напилення покриттів

Изобретение относится к отрасли обработки изделий с применением плазменного напыления, а именно к способам плазменного напыления защитных покрытий рабочих поверхностей теплообменных агрегатов. Известен способ плазменного напыления покрытий из многокомпонентных материалов, при котором в процессе послойного напыления многокомпонентных материалов в зону контакта напыляемых частиц с подложкой и с последующими слоями направляют струю охладителя (Бобров А.В. и др. Изготовление плазменным напылением керамических деталей сложной формы // Сварочное производство. 1989. - №3. - С.9 - 10). Использование охладителя в этом способе обеспечивает снижение уровня остаточных напряжений в последовательно напыляемых слоях покрытии. Это дает возможность напылять неограниченное число слоев, но прочность покрытия в целом остается невысокой, из-за чего требуется последующая термообработка. В основу изобретения поставлена задача при использовании способа плазменного напыления покрытий, изменив процесс послойного формирования покрытия, обеспечить покрытию высокую прочность, теплопроводность, износоустойчивость и за счет этого повысить эксплуатационные характеристики покрытия. Поставленная задача решается тем, что способ плазменного напыления покрытия, при котором в процессе напыления слоев из многокомпонентных материалов в зону контакта напыляемых частиц с подложкой и с последующими слоями покрытия направляют струю охладителя, согласно изобретению первый слой напыляют из одного металлического компонента, последующие слои формируют из металлического и керамического компонентов последовательно уменьшая для каждого долю металлического компонента и увеличивая долю керамического компонента с таким расчетом, что последний рабочий слой напыляют из одного керамического компонента, в качестве охладителя используют струю углекислого газа, которую направляют в зону пятна напыления, а для металлического и керамического компонентов используют соответственно смесь из порошков термореагирующей никель-алюминиевой композиции марки ПТНА-01 и порошка алюминиевой бронзы марки ПГ-19М-01, и смесь порошков из электрокорунда нормального и рутилового концентрата. Технический результат при решении поставленной задачи заключается в том, что при напылении первого подслоя одним металлическим компонентом, представляющим смесь порошков марки ПТНА-01 и ПГ-19 - 01, обеспечивается не только повышение показателя теплопроводности покрытия в 1,9 раза, но и обуславливается существенное уменьшение величин остаточного напряжения покрытия в целом за счет увеличения пластичности частиц используемого порошка марки ПГ-19М-01 и высокоскоростного охладителя частиц порошков в момент формирования покрытия. При напылении последующих слоев вплоть до рабочего, где доля металлического компонента постепенно уменьшается и в рабочем слое остается только керамический компонент, формируется покрытие такой структуры, при которой покрытие приобретает достаточно высокую теплопроводность и термостойкость, а также газообразную износостойкость, использование в качестве охладителя углекислого газа способствует дополнительной защите металлического компонента в атмосфере воздуха. Пример реализации способа Покрытия формировали на поверхности труб паронагревателей котлов ТЭЦ типа БКЗ-220Гц с использованием установки воздушно-плазменного напыления УПУ-8М, укомплектованной плазмотроном воздушно-дугового напыления типа ПНВ-24, двумя питателями порошков и устройством охлаждения. Напыление покрытия вели по следующим режимам: - мощность установки воздушно-плазменного напыления - 37квт; расход плазмообразующего газа 3,2м.куб/час; - подача металлического компонента смеси порошков марки ПТНА-01 и ЛГ-19М-01 осуществлялась за один проход со смещением эжектора на расстоянии 25мм от среза сопла плазмотрона перпендикулярно к оси плазменной струи; подача керамического компонента осуществлялась под срез сопла плазмотрона под углом 100 градусов к оси плазменной струи с ориентацией вверх; - формирование покрытия осуществлялось за один проход первого слоя и за одиннадцать проходов для последующих слоев (технологического и рабочего слоя); охлаждение осуществлялось струей углекислого газа с расходом 1,8м.куб/час. Для покрытия использовали керамический компонент, состоящий из смеси электрокорунда нормального марок 12А-15А с зернистостью 28мкм и рутилового концентрата с зернистостью 63мкм с их взаимным массовым соотношением 3 : 1 и металлический компонент, состоящий из смеси ПТНА-01 с зернистостью 40мкм и ПГ-19М-01 также с зернистостью 40мкм. Покрытие последовательно формировали из подслоя (первого слоя из 100% металлического компонента) технологического слоя (последующих слоев из многокомпонентных материалов) и рабочего (последнего) слоя из 100% керамического компонента. При напылении технологического слоя одновременно использовали оба порошковых питателя для подачи металлического и керамического компонентов в следующих соотношениях по толщине напыляемого слоя (массовые соотношения): - 40% толщины напыляемого слоя - 80% металлический компонент и 20% керамический компонент; -30% толщины напыляемого слоя - 50% металлический компонент и 50% керамический компонент; - следующие 30% толщины напыляемого слоя напылялись из 30% металлического компонента и 70% керамического компонента. Выбранные соотношения между металлическим и керамическим компонентами обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики покрытия при оптимальных затратах. Показатели покрытия, полученного по предлагаемому способу значительно превосходят показатели, полученные известными в технике напыления способами, а именно: - прочность сцепления на отрыв - 40 - 50МПа; - термостойкость (в циклах, нагрев до 700°C в электропечи и охлаждение на воздухе до 20°C за 5мин.) - 700 - 800; - объемная пористость 4,2 - 5,5%; газообразивная износостойкость, определяемая по уменьшению массового износа материала покрытия к материалу трубы паронагревателя 12ХІМФ - 8,6 раз; - гарантированное отсутствие сквозной пористости при толщине технологического слоя покрытия более 150мкм; коэффициент теплопроводности 1,2ккал/м.ч.град/ при 600°C.