Области применения плазменного напыления
В авиационной промышленности плазменные покрытия наносят на сочленения, лопатки турбины и компрессора реактивного двигателя, на цапфы и шасси, несущие конструкции и гидроэлементы; в машиностроении — на пресс-формы для литья под давлением, разъемные и неразъемные матрицы для прессования и экструзии, рольганги станков, индукторы для пайки, направляющие станков, втулки уплотнений, шнеки, коленчатые валы, шкворни, поршни и цилиндры двигателей; в энергетике — на различные узлы генераторов и топливных элементов, лопатки дымососов, на теплоизоляцию теплонапряженных узлов; в металлургии — на дроссельные заслонки и фурмы доменных печей, огнеупоры, тигли для плавки; в химической промышленности — на клапаны, седла клапанов, крыльчатки и оси насосов, втулки, кольца, детали конденсаторов-холодильников, емкости; в нефтяной и угольной промышленностях — на рабочие колеса, втулки и другие детали буровых насосов, торцы колонковых труб, ковши экскаваторов и транспортеров.
Плазменное напыление многие годы применяют также в электронике, радио - и приборостроении, ракетостроении и строительстве. Технологический процесс плазменного напыления позволяет не только наносить различные покрытия, но и изготавливать изделия, состоящие из одного или нескольких напыленных материалов или слоев [42, 43, 44]. При этом напыление производят на специально изготовленные формы и модели, называемые оправками, которые придают напыляемым материалам заданную конфигурацию и размеры. После напыления изделия извлекают из формы или снимают с оправки. Учитывая специфические особенности и свойства напыленных материалов, изделия могут конструктивно усиливать цельнометаллическим каркасом, арматурой и др. Этот способ особенно перспективен при мелкосерийном производстве сложнопрофильных пресс-форм для обработки пластмасс с развитой геометрией поверхности (мебель, автомобильная фурнитура, детские игрушки, обувные подошвы, медицинские протезы, художественные изделия и др.) [44].
В настоящее время все более широко применяют плазменное напыление с использованием в качестве плазмообразующего газа смеси воздуха с горючим углеводородным газом (метаном, пропан-бутаном). Представлена технология восстановления коленчатых валов автомобилей с использованием пропан-воздушной плазмы [45]. Подслой напыляли порошком ПН-70Ю30, а рабочий слой — ПН-55Т45. Размер напыляемых частиц 60-100 мкм. Напыление осуществляли на следующих режимах: напряжение на дуге 190-220 В; сварочный ток 180-230 А; расход плазмообразующего воздуха 7,5-9,0 м3/ч, пропана — 0,8-1,5 м3/ч; дистанция напыления 110-120 мм. Ресурс работы восстановленных коленчатых валов автомобиля ГАЗ-53 был не ниже новых и составил не менее 100 тыс. км пробега.
Хорошие результаты дает плазменное газовоздушное напыление применительно к нанесению бронзовых покрытий [46]. Детали авто - гидроподъемников, выполненные из сталей марок 35 и 45, напыляли порошком ПГ-19М-01 (основа — медь, алюминий — 9,5%, железо —
до 4,0%). Толщина напыляемого покрытия составила 2,0-2,5 мм, рабочего слоя после проточки — 1,5-1,8 мм. При этой технологии удалось без снижения эксплуатационных характеристик узлов трения достигнуть существенной экономии цветных металлов и одновременно повысить производительность труда.
Плазменное газовоздушное напыление на околозвуковых скоростях истечения позволяет получать алюмокерамические покрытия с улучшенными служебными свойствами [16]. При этом фракционный состав алюминиевого и керамического порошков, параметры их ввода в плазменную струю выбирают таким образом, чтобы максимально снизить в полете дробление наплавленных частиц, а также повысить столкновение и коагуляцию алюминиевых частиц с керамическими.
При напылении формируется плотное с хорошим сцеплением покрытие. Благодаря наличию частиц керамики в мягкой матрице алюминия многократно повышается механическая прочность и износостойкость покрытия. Указанное покрытие обеспечивает более чем двухкратное улучшение коррозионной стойкости по сравнению с алюминиевыми, полученными электродуговой металлизацией и газопламенным напылением.
Промышленная технология нанесения алюмокерамических покрытий на трубы диаметром 100-1200 мм внедрена на ряде промышленных предприятий. Плазменное сверхзвуковое напыление используют при изготовлении катализаторов для комплексной очистки отработанных автомобильных газов [16, 47].