Спосіб та пристрій для газотермічного напилення покриттів

Изобретение относится к области нанесения покрытий газотермическими методами и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для получения износо- и коррозионностойких покрытий, а также покрытий с особыми электрофизическими свойствами. К таким покрытиям, т.е. позволяющим одновременно реализовать целый комплекс положительных потребительских свойств, относятся аморфные покрытия. Большинство известных газотермических методов напыления и устройств не позволяют эффективно получать полностью аморфные покрытия, т.к. технология получения аморфных покрытий, с точки зрения физики процесса, имеет целый ряд особенностей, не реализуемых в известных технических решениях. Одними из наиболее важных таких особенностей являются: - обеспечение оптимального теплового режима аморфизации покрытия на детали; - снижение диффузии окружающих газов в напыляемый материал, а также их химического взаимодействия. Известно техническое решение [1], обеспечивающее возможность при помощи двухконтурной струи и подбора температуры каждого газоструйного контура реализовать приемлемый температурный режим аморфизации покрытия на детали. Однако известное техническое решение характеризуется большим расходом используемых газов, а при температурах газов, оговоренных в известном способе, обладает низкой эффективностью при аморфизации покрытия. Кроме того, конструкция в известном техническом решении также не обеспечивает достаточной эффективности процесса аморфизации в силу значительной турбулизации газопорошкового потока и, как следствие, повышенной диффузии окружающих газов в напыляемый материал при росте вероятности химического взаимодействия с компонентами атмосферы. Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является выбранный в качестве прототипа способ газотермического напыления [2], в котором при помощи защитной охлаждающей среды, подаваемой по периметру газопорошковой плазменной струи, обеспечивают ламинаризацию наружной зоны плазменной струи в режиме стабилизации. При этом ламинаризация наружной зоны плазменной струи вихревым потоком охлаждающей среды создает благоприятные условия для повышения объемной аморфизации газотермических покрытий, т.к. уменьшается диффузия окружающих газов в напыляемый материал, практически полностью исключается вероятность химического взаимодействия с компонентами атмосферы, понижается температура напыляемой детали. Однако организация вихревого потока не является технологичной, т.к. требует значительного расхода используемого газа или жидкости. К тому же нет возможности эффективно варьировать температуру плазменной струи и, как следствие, температуру напыляемой детали, т.е. способ газотермического напыления, выбранный в качестве прототипа, не обеспечивает широких технологических возможностей, некоторые аморфные материалы имеют низкое качество. Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство [3], содержащее прикрепленную к торцу плазмотрона насадку с внутренним каналом для прохода газопорошковой плазменной струи и рубашкой охлаждения, образованной внешним и внутренним корпусами, полость которой соединена с внутренним каналом отверстиями во внутреннем корпусе, расположенными равномерно по его поверхности. Недостатками устройства, выбранного в качестве прототипа, можно считать то, что конструкция не обеспечивает широких те хнологических возможностей по влиянию на температуру плазменной струи, не способствует повышению скорости напыляемых частиц, не обеспечивает требуемого качества аморфных покрытий. К недостаткам устройства можно также отнести недостаточную технологичность, заключающуюся в высокой себестоимости единицы напыленной площади и относительно высокой стоимости изготовления, а также низкую эффективность при напылении аморфных покрытий на длинных дистанциях за счет ослабления потока экранизации при больших расходах охлаждающей среды. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования технологии газотермического напыления покрытий путем преобразования состава и структуры газопорошкового потока, что обеспечивает формирование улучшенной микроструктуры напыленного покрытия, в частности, повышенного количества аморфной фазы, и за счет этого улучшение качества покрытий и их эксплуатационных свойств (износостойкости, коррозионной стойкости и т.д.) Поставленная задача решается тем, что в способе газотермического напыления покрытий, при котором по периферии, газопорошковой плазменной струи подают охлаждающую жидкость, согласно изобретению, последнюю подают без завихрений под давлением, превышающим давление в газопорошковой плазменной струе, причем избыточное давление жидкости не превышает 0,55 МПа; напыление производят при соотношении объемных расходов жидкости и плазмообразующего газа не более 0,01; расход охлаждающей жидкости не превышает 20 л/мин. В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для газотермического напыления покрытий благодаря иному выполнению и расположению отверстий во внутреннем корпусе, что повышает объемное содержание аморфной фазы при одновременном уменьшении расхода охлаждающей среды и таким образом улучшает качество покрытий. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для газотермического напыления покрытий, содержащем плазмотрон, на торце которого закреплена насадка с внутренним каналом для прохода газопорошковой плазменной струи и рубашкой охлаждения, образованной внешним и внутренним корпусами, полость которой соединена с внутренним каналом отверстиями во внутреннем корпусе, расположенными равномерно по поверхности, согласно изобретению, отверстия выполнены в виде капилляров, расположенных в шахматном порядке. При этом диаметр внутреннего канала для прохода газопорошковой струи выполнен со значением, равным 2-5 диаметрам выходного отверстия плазмотрона; отношение суммарной площади капиллярных отверстий ко всей поверхности равно 0,001-0,025; расстояние между корпусами не больше толщины внутреннего корпуса. Предлагаемые решения обеспечивают также: - расширение технологических возможностей за счет расширения номенклатуры напыляемых аморфизирующихся сплавов; - повышение технологичности путем снижения себестоимости единицы напыленной площади. На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого устройства. На фиг. 2 представлен поперечный разрез заявляемого устройства. Устройство 1 для напыления покрытий на подложку 2 содержит плазмотрон 3 и прикрепленную к нему насадку с внешним корпусом 4 и внутренним корпусом 5. Плазмотрон 3 имеет патрубок 6 для подачи напыляемого материала в область взаимодействия с плазмообразующим газом. Внутренний корпус 5 имеет расположенные в шахматном порядке капиллярные отверстия 7. Такое расположение позволяет при минимальном количестве отверстий охватить максимальную площадь поверхности. Капиллярные отверстия 7 являются связью между каналом 8 для прохода газопорошковой плазменной струи и рубашкой охлаждения 9. В рубашку охлаждения 9 подведены патрубок 10 и патрубок 11 для подачи жидкости, а также патрубки 12 и 13 для отвода жидкости. Торцевая пластина 14 имеет резьбу с шагом, уплотняющим зазор между торцевой пластиной 14 и внешним корпусом 4. При помощи буртиков 15 осуществляется фиксация внутреннего корпуса 5, а с помощью резиновых колец 16 обеспечивается уплотнение. Торцевая пластина 14 имеет углубления 17 под ключ для поджатия внутреннего корпуса 5. На фиг. 2 проставлены обозначения основных диаметров устройства 1: Д 1 - диаметр выходного-отверстия плазмотрона 3; Д 2 - диаметр канала 8; Д 3 - внешний диаметр внутреннего корпуса 5; Д 4 - внутренний диаметр внешнего корпуса 4. При этом согласно заявленному техническому решению, должны выполняться следующие условия: 1-Д2=(2...5)хД1 2-(Д4-Д3):2