Нанесение восстанавливающих и упрочняющих покрытий на рабочие поверхности деталей
Харламов Ю.О., Ульяницкий В.Н., Петров П.О., Шпаков В.А.
Алчевск: ДонГТУ, 2011 г.
2.6 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ
Большое количество методов и способов напыления позволяет получать покрытия различного назначения практически из любых металлов. Широко применяются коррозионно-стойкие покрытия из никеля, алюминия, цинка, титана и др., жаропрочные - из молибдена, вольфрама, ниобия и др.. износостойкие - из хрома и молибдена.
Напыление металлических сплавов позволяет получать более широкий спектр покрытий по сравнению с чистыми металлами. Наибольшее распространение получили сплавы на основе железа, никеля, кобальта, меди, титана, циркония и др. Углеродистые и низколегированные стали (Ст3 У7Э 40Х. 50ХФА и др.) обычно применяют при восстановительном ремонте методами газопламенного напыления (ГПН) и ЭДМ. Получаемые покрытия имеют достаточно высокую твердость и износостойкость. Расширяется применение специальных порошков и порошковых проволок. Широко используются высоколегированные стали и чугуны. Сплавы, содержащие бор и кремний, относятся к самофлюсующимся. Наиболее высокое качество износостойких покрытий достигается при их последующем оплавлении, твердость достигает НКС 57...63. Основным легирующим элементом в никелевых сплавах является хром. Поэтому обычно напыляют хромоникеле-вые сплавы с различными добавками других элементов. Наиболее значительную группу составляют хромоникелевые сплавы самофлюсующегося типа Ni — Сr — В — Si - С (колмонои). Самофлюсующиеся сплавы на основе кобальта (стеллиты) имеют твердость НRС 48...53 и повышенную износостойкость при температурах до 800°С и высокую пластичность. Из медных сплавов напыляют бронзы (оловянистые, алюминиевые, алюминиево-железистые и др.). Так напыленная бронза БрАЖЮ-1,5 используется в парах трения, работающих со смазкой [5,13,33].
Из металлидных соединений получают газотермические покрытия различного назначения: износостойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие и др. Покрытия напыляют либо готовыми металлидами, либо образующимися в процессе напыления. Последние напыляют композиционными термореагирующими порошками, порошковыми проволоками и шнурами. Алюминиды и сплавы на их основе применяют для напыления деталей, работающих при высоких температурах, в окислительных средах, условиях знакопеременных нагрузок и термических ударов. Характеризуются высокой температурой плавления (1400...1600°С) и жаростойкостью при окислении на воздухе до 1200°С. Эти сплавы подвергают также комплексному легированию хромом, вольфрамом, молибденом, кобальтом, рением и др. Прочность и пластичность алюминидов и сплавов на их основе близки к никель-хромовым сплавам, однако жаропрочность выше. При температуре 1200°С и выдержке 100ч обнаружена высокая стабильность структуры, обусловленная низкой диффузионной подвижностью легирующих элементов. Алюминидные покрытия по износостойкости близки к покрытиям, напыленным из смеси WС - Со. При повышенных температурах коэффициент трения и интенсивность износа алюминидных покрытий значительно ниже. Наряду с алюминидами для напыления покрытий используют и металлидные соединения системы А1 - Ti. В основном применяют готовые (нейтральные) соединения типа TiАl3 . Покрытия из алюминида титана обладают, кроме износостойкости, высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Находят применение также никелиды титана, главным образом. для защиты изделий из титана и его сплавов.
Для напыления покрытий различного назначения широко используются металлоидные соединения типа карбидов, нитридов, боридов, силицидов и ряда других соединений. Одни из них обладают высокой твердостью и износостойкостью, другие - высокими температурой плавления или жаростойкостью. Ряд соединений позволяет получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью в различных средах. Большинство соединений металлоидного типа характеризуется повышенной хрупкостью. Поэтому в состав покрытий обычно вводят пластичные компоненты, например, металлы и сплавы. Многие из карбидов имеют высокую температуру плавления, высокую твердость как при нормальных, так и при повышенных температурах, жаростойкость, стойкость к агрессивным средам и пр. Карбидные покрытия из ПС обладают высокой твердостью и износостойкостью в условиях смазки и при сухом трении, а также при повышенных температурах. Жаростойкость покрытий достигает 850°С. Перспективны карбиды хрома, обладающие высокой жаростойкостью, стойкостью к агрессивным средам, достаточно высокой твердостью, особенно при повышенных температурах. Для напыления изделий ответственного назначения применяют покрытия на основе карбидов вольфрама. Имеют перспективы более широкого использования нитридные и боридные покрытия.
Специфическими свойствами оксидов являются их низкие теплопроводность и электропроводность. Многие из них обладают высокой твердостью и износостойкостью. Оксидные покрытия наиболее универсальны в условиях эксплуатации и могут быть использованы как коррозионно-стойкие и жаростойкие, теплозащитные, электроизоляционные и износостойкие. Благодаря невысокой стоимости ряда промышленных оксидов и их универсальным эксплуатационным свойствам, оксидные материалы получили широкое распространение. Во многих агрессивных средах, особенно при высоких температурах, оксиды значительно более стойки по сравнению с карбидами, боридами и нитридами. Газотермическим напылением получают два вида покрытий: оксидные и металлооксидные. Для этого применяют чистые оксиды, сплавы на их основе и механические смеси оксидов. Покрытия из чистых оксидов не всегда удовлетворяют многочисленным эксплуатационным требованиям: электропроводности и теплопроводности, химической стойкости в активных средах, газопроницаемости. Иногда необходимо увеличить температурный коэффициент линейного расширения, приблизив его к температурном) коэффициенту линейного расширения материала напыляемого изделия. Кроме того, наиболее распространенные для напыления чистые оксиды (Аl2О2 ZrO2 и др.) имеют фазовые превращения при высоких температурах. Это приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений в напыленных покрытиях. Применение сплавов на основе оксидов позволило расширить область их применения и повысить эксплуатационные характеристики покрытий. Наиболее доступным и дешевым является оксид алюминия. Однако более широкое распространение получают системы на основе оксидов и оксидов с металлами.
Проволоки из двух- или трехкомпонентных сплавов металлов образуют уникальные технологические материалы для получения покрытий электродуговым методом, особенно при использовании защитной атмосферы или динамического вакуума.
Порошки для ГТНП.
Порошки является основным видом исходного материала при получении покрытий различными методами газотермического напыления. Порошки, используемые для газотермического напыления, получают следующими способами: распылением расплава инертным газом или водой: кальций—гидридным восстановлением в атмосфере водорода: плавлением с последующим дроблением: конгломерированием на органических связках с помощью распылительной сушки с дальнейшим спеканием: самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) с последующим дроблением: методом механического легирования в высокоэнергетических мельницах: плакированием (например, водородным восстановлением в автоклавах): водородным или алюмотермичным восстановлением и диффузионным легированием: механическим смешением.