Горячий Годе

Описание продукта

Горячее напыление Годет от Barmag, TMT (Murata, Teijin, Toray), Beijing Zhongli, Jwell и Zhengzhou Textile Machinery.

I. Историческая эволюция

Плазменное напыление представляет собой наиболее энергозатратную и наиболее универсальную в использовании материалов ветвь семейства термического напыления, и его разработка охватывает почти столетие накопленного инженерного и научного прогресса.

1910–1950-е годы: появление термического напыления. Истоки термического напыления восходят к началу двадцатого века. В 1910 году швейцарский инженер Макс Ульрих Шуп изобрел первое устройство для газопламенного напыления — кислородно-ацетиленовую горелку, которая плавила металлическую проволоку и выбрасывала капли на подложку — достижение, которое широко считается отправной точкой всей индустрии термического напыления. В последующие десятилетия газопламенное и проволочно-дуговое напыление постепенно внедрялось в индустриализацию, в первую очередь для защиты от коррозии судов и железнодорожного транспорта. Однако эти ранние процессы были ограничены относительно низкими температурами пламени, которые препятствовали плавлению керамики с высокой температурой плавления, такой как оксид алюминия и цирконий.

1960-е годы: рождение плазменного напыления. Плазменное напыление было внедрено в 1960-х годах, что стало крупным технологическим прорывом в истории термического напыления. Использование порошкового сырья и высокотемпературной плазмы для плавления и нанесения покрытий на подложку значительно расширило спектр применения покрытий по сравнению с более ранними подходами термического напыления. Спрос со стороны аэрокосмической и оборонной промышленности США был основной движущей силой первых разработок плазменного напыления: НАСА провело первые систематические исследования керамических термобарьерных покрытий для турбинных двигателей.

1970-е годы: Промышленная коммерциализация атмосферно-плазменного напыления (APS). Плазменное напыление получило более широкое промышленное использование в 1970-х годах, когда высокотемпературная плазменная струя, генерируемая дуговым разрядом, достигает типичных температур, превышающих 15 000 К, что позволяет распылять тугоплавкие материалы, такие как оксиды и молибден. В этот период такие компании, как Metco (ныне Sulzer Metco), Plasma-Technik и другие, представили коммерческое оборудование для плазменного напыления, а технология APS вошла в аэрокосмическую, химическую, текстильную и другие отрасли промышленности.

1978: Важная веха в создании термобарьерных покрытий. Исследователь НАСА Стефан Стекура систематически исследовал и установил 7–8 мас.% (весовой процент) стабилизированного иттрием диоксида циркония (7YSZ) в качестве оптимального керамического состава верхнего покрытия для термобарьерных покрытий газовых турбин. Это открытие остается технической основой систем TBC во всем мире. В какой-то момент термобарьерные покрытия 7YSZ использовались практически в каждом новом авиационном и наземном газотурбинном двигателе, производимом во всем мире.

1980-е годы: плазменное напыление в вакууме/низком давлении (VPS/LPPS). Для решения проблемы окисления в атмосферных средах были разработаны вакуумное плазменное напыление (VPS) и плазменное напыление низкого давления (LPPS), позволяющие наносить покрытия в защитной атмосфере ниже атмосферного. Эти процессы существенно снижают содержание кислорода в покрытии и используются в первую очередь для связующих покрытий MCrAlY и других функциональных покрытий, высокочувствительных к окислению.

1980-е: HVOF выходит на рынок Высокоскоростное газокислородное напыление (HVOF) появилось на рынке в 1980-х годах как одно из наиболее значительных достижений на сегодняшний день, используя сжигание кислорода и топлива для перемещения порошкового сырья на сверхзвуковых скоростях, создавая прочно связанные, чрезвычайно плотные покрытия, не требуя полного расплавления сырья. Хотя HVOF сам по себе не является плазменным процессом, он обогатил семейство термических напылений и стал дополняющим его ролью наряду с APS.

1990–2000-е годы: развитие многоэлектродных и трехкатодных горелок. Многоанодные плазменные горелки (такие как Sulzer Metco TriplexPro™) и мощные плазменные пушки существенно улучшили стабильность плазменной струи и эффективность осаждения, значительно повысив однородность покрытия и позволив получать точные тонкие покрытия.

2010-е годы – настоящее время: суспензионное плазменное напыление (SPS) и плазменное напыление-PVD. Суспензионное плазменное напыление (SPS) и плазменное напыление прекурсора раствора (SPPS) появились как процессы нового поколения, позволяющие использовать нано- и субмикронные частицы для создания столбчатых микроструктур со значительно более высокой теплоизоляцией и стойкостью к тепловому удару по сравнению с обычными APS-покрытиями. Одновременно с этим было разработано плазменное распыление и физическое осаждение из паровой фазы (PS-PVD), позволяющее наносить материал из паровой фазы при сверхнизких давлениях для получения столбчатых структур, подобных EB-PVD.

II. Технические принципы

Фундаментальный принцип плазменного напыления заключается в ионизации рабочего газа в высокотемпературную плазму посредством электрического дугового разряда, впрыскивании порошкообразного материала покрытия в плазменную струю, где он нагревается и ускоряется, и выбрасывании его в расплавленном или полурасплавленном состоянии на подложку с высокой скоростью. Капли быстро затвердевают и распространяются при ударе, образуя многослойную стопку дискообразных «пятен», которые вместе образуют макроскопическое покрытие.

1. Генерация плазмы. При атмосферно-плазменном напылении (APS) в качестве источника тепла используется термическая плазма, получаемая посредством дуги постоянного тока или радиочастотного разряда. Температура плазменной струи превышает 8000 К, достигая 14 000 К в ядре струи, при этом скорости частиц варьируются от примерно 20 до 500 м/с в зависимости от распределения частиц по размерам.

Рабочий газ обычно представляет собой смесь аргона (Ar), гелия (He), азота (N₂) и/или водорода (H2), каждый из которых служит определенной цели: Ar обеспечивает стабильную ионизацию дуги; H₂ повышает энтальпию плазмы (плотность энергии) и способность плавления тугоплавких материалов; Он улучшает теплопроводность и эффективность нагрева частиц; и N₂ служит более дешевой альтернативой для некоторых применений напыления металлов.

2. Нагрев и ускорение частиц. Частицы порошка (обычно диаметром 15–90 мкм) впрыскиваются в плазменную струю через газ-носитель (обычно Ar). Во время полета в миллисекундном масштабе они подвергаются быстрому нагреву до расплавленного или полурасплавленного состояния и одновременно ускоряются до десятков или сотен метров в секунду за счет передачи импульса от струи.
3. Удар и затвердевание. Расплавленные частицы ударяются о подложку с высокой скоростью и сплющиваются («разбрызгиваются»), образуя затвердевшие капли дискообразной формы толщиной примерно 1–5 мкм. Скорость затвердевания чрезвычайно высока (приблизительно 10⁶°C/с), в результате чего образуется покрытие, характеризующееся ламеллярной микроструктурой из уложенных друг на друга пластин, внутренней пористостью (2–15%, как правило, для APS) из-за вовлеченного воздуха и усадки при затвердевании, оксидных включений между пластинами (неизбежных при атмосферном распылении) и остаточных напряжений, возникающих из-за несоответствия термического расширения и быстрого затвердевания.
4. Механизмы адгезии покрытия. Покрытия, нанесенные плазменным напылением, связываются с подложкой в ​​первую очередь за счет механического сцепления — доминирующего механизма, при котором расплавленные частицы заполняют неровности поверхности, созданные пескоструйной обработкой, — с дополнительным вкладом физического поглощения. Металлургическая связь возникает только в некоторых системах металл-металл, где имеет место межфазная диффузия.

III. Основные параметры производительности

Эффективность нанесения покрытия плазменным напылением характеризуется следующими основными параметрами:

Наиболее отличительным техническим преимуществом плазменного напыления является его способность покрывать практически любой твердый материал с температурой плавления до 3000°C и выше в широком диапазоне толщины (от 50 мкм до нескольких миллиметров) на больших или геометрически сложных заготовках.

IV. Области применения

Атмосферно-плазменное напыление, вероятно, является наиболее универсальным из всех процессов термического напыления, поскольку существует мало ограничений как на материалы, которые можно распылять, так и на подложку в отношении ее материала, размера и формы. Его промышленное применение охватывает следующие основные области:

1. Аэрокосмическая промышленность (самое крупное по объему применение)

Термобарьерные покрытия (ТБП) на лопатках, лопатках и камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Соединительные покрытия MCrAlY для защиты от окисления в горячих частях двигателя.

Истираемые уплотнительные покрытия для контроля зазора кончиков лопаток двигателя.

Системы теплозащиты возвращаемых космических аппаратов

2. Энергетика и производство электроэнергии

Тепловая защита высокотемпературных компонентов газовых и паровых турбин

Производство электролита и электродов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ)

Коррозионностойкие покрытия для высокотемпературных элементов атомных электростанций

3. Автомобильная промышленность

Поршневые кольца двигателя и износостойкие покрытия отверстий цилиндров

Теплоизоляционные покрытия выхлопной системы

Износостойкие покрытия тормозных дисков

4. Химическая переработка и нефть и газ

Коррозионно-износостойкие покрытия для корпусов насосов, клапанов и внутренней части труб.

Керамические диэлектрические покрытия для химического технологического оборудования

5. Текстильная промышленность и промышленность синтетических волокон (объем, на котором сосредоточены услуги по нанесению керамических покрытий Jiaxing Shengbang Mechanical Equipment Co., Ltd.)

Износостойкие керамические покрытия на роликах (Al₂O₃, Cr₂O₃)

Антипригарное покрытие вокруг отверстий фильер.

Износ покрытий на высокоскоростных фрикционных компонентах, таких как лопасти поперечной вилки.

6. Медицинские приборы

Покрытия из гидроксиапатита (ГА) на ортопедических имплантатах (тазобедренных и коленных суставах) для содействия остеоинтеграции

Биоактивные покрытия на поверхности зубных имплантатов

7. Горнодобывающая и тяжелая промышленность

Износостойкие вкладыши и комплектующие для горнодобывающего и дробильного оборудования.

Восстановление поверхности валков в сталелитейной и металлургической промышленности.

8. Электроника и полупроводники

Керамические защитные покрытия из иттрия (Y₂O₃) внутри камер плазменного травления.

Подтверждено создание теплопроводящих покрытий для теплоотводов, возвращение к полному производству

V. Техническая классификация

Процессы плазменного напыления классифицируются в зависимости от рабочей среды, типа источника питания и способа подачи сырья:

1. APS — Атмосферно-плазменное напыление

Наиболее широко распространенная форма плазменного напыления, работающая при атмосферном давлении. Оборудование относительно простое и экономичное; Распылять можно как металлические, так и керамические материалы, хотя содержание кислорода и пористость в покрытии сравнительно выше. APS является доминирующим процессом плазменного напыления во всем мире и применим в большинстве промышленных сценариев.

2. ВПС — Вакуумно-плазменное напыление / LPPS — Плазменное напыление низкого давления

Работает в вакууме (приблизительно 50–200 мбар) или в атмосфере инертного газа низкого давления, эффективно подавляя окисление во время распыления. Покрытия VPS обладают более высокой прочностью сцепления, меньшей пористостью и меньшим содержанием кислорода, чем покрытия APS; в основном они используются для защитных от окисления покрытий MCrAlY и других функциональных покрытий, чрезвычайно чувствительных к окислению. Стоимость оборудования высока (требуется инфраструктура с герметичными камерами), и этот процесс предназначен в первую очередь для высокопроизводительных аэрокосмических применений.

3. IPS — плазменное напыление инертным газом

Работает в герметичной камере, заполненной инертным газом (Ar или N₂), без необходимости создания вакуума. Менее затратно, чем VPS, но при этом эффективно минимизирует окисление; он служит экономической альтернативой VPS.

4. CAPS — Плазменное напыление в контролируемой атмосфере

Обеспечивает точный контроль над газовым составом, температурой и давлением среды распыления, что позволяет наносить покрытия, высокочувствительные к загазованности (например, из активных металлов и термоэлектрических материалов).

5. SPS — суспензионное плазменное напыление

В качестве сырья используется жидкая суспензия нано- или субмикронных керамических частиц (а не сухого порошка), впрыскиваемая в плазму в виде жидкости. Способен создавать тонкие столбчатые микроструктуры, недостижимые с помощью обычного APS, с более низкой теплопроводностью и превосходными характеристиками термоциклирования, что делает SPS основным кандидатом для процессов TBC следующего поколения.

6. SPPS — Плазменное напыление прекурсора раствора

В качестве сырья использовать растворы солей металлов; раствор испаряется в плазме и подвергается пиролизу/сгоранию с образованием материала покрытия на месте. Позволяет наносить однородные по составу многокомпонентные оксидные покрытия с контролируемой структурой пор.

7. PS-PVD — физическое осаждение из паровой фазы плазменным напылением

Работает при сверхнизком давлении (< 1 мбар) для полного испарения порошкового сырья в плазме и нанесения покрытия из паровой фазы. Создает столбчатые микроструктуры, подобные EB-PVD, с превосходной устойчивостью к деформации, что представляет собой современный рубеж исследований в области разработки TBC.

8. RFPS/ICP — Радиочастотное напыление/напыление индуктивно-связанной плазмы

Генерирует плазму с помощью радиочастотных индукционных катушек без электродов, что полностью исключает загрязнение электродов. Особенно подходит для применений, требующих исключительной чистоты, таких как сверхпроводящие материалы и покрытия электронных подложек.

VI. Материалы покрытия: свойства, стоимость и технические характеристики

Спектр материалов, наносимых методом плазменного напыления, исключительно широк. Ниже систематически описаны основные категории материалов.

1. Покрытия из оксида алюминия (Al₂O₃)

Al₂O₃ осаждается в виде чистого оксида алюминия или в виде композитов Al₂O₃–TiO₂ (обычно 3 и 13% масс. TiO₂). Микротвердость: 850–1200 HV (чистая фаза); добавление TiO₂ улучшает ударную вязкость при умеренных затратах на твердость. Износостойкость превосходна, особенно при износе скольжением и абразивными частицами. Электрическая изоляция отличная (объемное сопротивление > 10¹⁴ Ом·см). Рабочая температура: ≤ 1200°C. Химическая коррозионная стойкость хороша против большинства кислот и слабых щелочей. Пористость APS: 5–12%. Стоимость порошка относительно невысока (примерно 50–200 долларов США/кг), что делает Al₂O₃ одним из наиболее широко применяемых керамических напыляемых материалов.

Типичные области применения: ролики в текстильном оборудовании, внутренняя часть корпусов насосов, электроизоляционные компоненты, облицовка камер травления полупроводников.

2. Покрытия из оксида хрома (Cr₂O₃)

Чистый Cr₂O₃ (зеленая керамика) с дополнительными добавками SiO₂ или TiO₂. Микротвердость: 1200–1800 HV — одна из самых высоких среди всех материалов керамического покрытия. Износостойкость как против абразивного износа, так и против скользящего износа находится на самом высоком уровне среди керамических покрытий. Коррозионная стойкость очень хорошая как в кислых, так и в щелочных средах. Низкая поверхностная энергия придает самосмазывающиеся свойства и устойчивость к загрязнениям, что особенно полезно для компонентов нитенаправителей и проволоки. Температура эксплуатации: ≤ 530°C (фазовое превращение и испарение выше этой температуры).

Типичные области применения включают ролики в машинах из искусственных волокон (стандартный материал покрытия для пряжек Barmag), печатные валы, рабочие колеса насосов и гидравлическое оборудование.

Стоимость порошка: средне-высокая (около 100–400 долларов США/кг); длительный срок службы обеспечивает благоприятную общую экономику.

3. Покрытия из циркония (ZrO₂) / стабилизированного иттрием диоксида циркония (YSZ)

Композиция ZrO₂ (7YSZ), стабилизированная Y₂O₃, с содержанием 7–8 мас.% Y2O₃, является классической рецептурой термобарьерных покрытий. Его теплопроводность чрезвычайно низкая: примерно 2,3 Вт/м·К для полностью плотного материала — один из самых низких показателей среди керамики при повышенной температуре. Для покрытий APS собственная пористость еще больше снижает эффективную теплопроводность примерно до 0,8–1,5 Вт/м·К. Относительно высокий коэффициент теплового расширения (~ 11×10⁻⁶/K) обеспечивает хорошую совместимость с металлическими подложками, обеспечивая превосходную стойкость к термическому удару. Практический предел рабочей температуры составляет примерно 1200°C (фазовое превращение выше этой температуры приводит к разрушению покрытия). Вязкость разрушения: примерно 2,5–3,5 МПа·м^0,5.

Типичное применение: керамическое верхнее покрытие в системах TBC газовых турбин.

Стоимость порошка: высокая (около 200–800 долларов США/кг); Для материала авиационного класса требуется строго контролируемая однородность Y₂O₃ .

4. Связующие покрытия MCrAlY

М обозначает Ni, Co или NiCo; добавки Cr (стойкость к коррозии), Al (образует защитный налет оксида Al₂O₃) и Y (улучшает адгезию оксидного налета). Представительный состав – CoNiCrAlY (Co–32Ni–21Cr–8Al–0,5Y мас. %). Связующее покрытие MCrAlY обеспечивает адгезию верхнего керамического покрытия и защиту от окисления, а также обеспечивает мостик коэффициента теплового расширения между подложкой и керамическим слоем. Выдающаяся стойкость к высокотемпературному окислению достигается за счет образования плотного, прочного слоя термически выращенного оксида Al₂O₃ (TGO) в процессе эксплуатации. Прочность сцепления: > 50 МПа (APS); > 80 МПа (ВПС).

Типичное применение: связующее покрытие в аэрокосмических системах TBC, всегда используется в сочетании с верхним слоем YSZ.

Стоимость порошка: высокая (около 500–2 000 долларов США/кг); Обработка VPS увеличивает стоимость оборудования.

5. Покрытия из карбида вольфрама и кобальта (WC-Co)

WC (твердая фаза) Co (связующая фаза) с обычными составами WC-12Co и WC-17Co; Также используются варианты WC-CoCr и WC-Ni. Примечание. WC сильно обезуглероживается в обычных условиях APS; Покрытия WC-Co гораздо лучше подходят для HVOF, чем для APS. Твердость: 900–1400 HV. Износостойкость превосходна — в несколько раз выше, чем у твердого хромирования, что представляет собой самую высокую износостойкость среди металлических систем покрытий.

Типичные области применения: валы насосов, механические уплотнения, режущие инструменты и шасси самолетов (в качестве замены шестивалентного хрома).

Стоимость порошка: высокая (около 400–1500 долларов США/кг). HVOF предпочтительнее APS для осаждения WC-Co.

6. Покрытия из самофлюсующегося сплава на основе никеля (NiCrBSi)

система Ni-Cr-B-Si с незначительными добавками Fe, W, Co; представительный состав – Ni–20Cr–4Si–3B. Наплавление (переплавка) после распыления обеспечивает металлургическое соединение, значительно улучшающее прочность соединения (до 165 МПа) и плотность покрытия. Твердость настраивается от 200 до 900 HV путем изменения содержания B и Si. Хорошая самосмазка в сочетании с превосходной стойкостью к износу и коррозии.

Типичные области применения: ремонт валов и восстановление размеров, усиление поверхностей уплотнений, изнашиваемые детали в строительной и сельскохозяйственной технике.

Стоимость порошка: средняя (около 150–500 долларов США/кг).

7. Покрытия из гидроксиапатита (HA, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)

Биокерамика с тем же химическим составом, что и неорганическая фаза человеческой кости. Осаждение APS приводит к частичной аморфизации; Кристалличность должна быть восстановлена ​​термообработкой после распыления. Прочность сцепления: примерно 20–40 МПа (относительно низкая; при соблюдении строгих требований ISO 13779 к медицинским имплантатам). Биологическая совместимость и остеокондуктивность выдающиеся.

Типичные области применения: биоактивные поверхностные покрытия на ортопедических имплантатах (ножки тазобедренного сустава, лотки большеберцовой кости, устройства для спондилодеза).

Стоимость порошка: средняя-высокая (около 300-1000 долларов США/кг); Затраты на сертификацию соответствия нормативным требованиям и биосовместимости значительны.

8. Высокоэнтропийные и редкоземельные цирконатные материалы нового поколения

Типичные материалы включают Gd₂Zr₂O₇ (GZO), La₂Zr₂O₇ (LZO), Yb₂Si₂O₇ (дисиликат иттербия, для экологически безопасных покрытий SiC) и высокоэнтропийную керамику (комбинации оксидов редкоземельных элементов Hf-Y-Yb-Er-Lu). Достижима теплопроводность ниже 1,5 Вт/м·К — ниже, чем YSZ. Потолок рабочей температуры превышает 1300°C (против ~1200°C для YSZ). Превосходная термохимическая стабильность и коррозионная стойкость CMAS (кальций-магний-алюминий-силикат) по сравнению с YSZ. Однако вязкость разрушения обычно ниже, чем у YSZ, что требует использования двух- или многослойной архитектуры TBC.

Типичное применение: высокопроизводительные газовые турбины нового поколения — в настоящее время ведущая тема исследований в аэрокосмической отрасли.

Стоимость порошка: очень высокая (около 1000–5000 долларов США/кг).

VII. Ограничения технологии плазменного напыления

Несмотря на свою универсальность и мощность, плазменное напыление имеет физические и химические ограничения, которые ограничивают его применимость в определенных сценариях.

1. Неизбежная пористость покрытия

Покрытия, наносимые термическим напылением, по своей природе обладают пористостью, которая может поставить под угрозу их целостность и эксплуатационные характеристики, а также делает их более восприимчивыми к проникновению влаги и разрушению с течением времени. Покрытия APS обычно имеют пористость 2–15%. Хотя в некоторых приложениях это может быть полезно (например, снижение теплопроводности в TBC), это является критическим недостатком в приложениях, требующих защиты от коррозии или газонепроницаемых барьеров.

2. Механическое соединение вместо металлургического соединения

Подавляющее большинство покрытий, напыленных плазмой, связываются с подложкой посредством механического соединения, а не металлургического сплавления, в результате чего прочность связи (обычно 20–80 МПа) намного ниже той, которую можно достичь с помощью тонкопленочных процессов PVD или CVD. Отслоение покрытия остается риском в условиях эксплуатации в условиях сильных ударов или сильного отслаивания.

3. Окисление при атмосферном распылении

При обработке АПС частицы металлических порошков в полете подвергаются окислению различной степени, в результате чего в покрытии образуются оксидные включения (содержание кислорода в металлических покрытиях может достигать 1–5 мас.%), отрицательно влияющие на электропроводность, пластичность и коррозионную стойкость.

4. Высокая шероховатость поверхности после напыления

Покрытия, нанесенные термическим напылением, обычно имеют более высокую шероховатость поверхности, чем альтернативные методы покрытия, и могут потребовать дополнительных операций механической обработки или полировки после нанесения покрытия. Покрытия APS обычно имеют значения Ra 3–15 мкм; поверхности с точной посадкой, такие как шейки и поверхности уплотнений, обычно требуют прецизионного шлифования после распыления.

5. Ограничение прямой видимости

Плазменное напыление — это процесс прямой видимости: частицы порошка движутся по прямым линиям к поверхности подложки и не могут достичь внутренней части глубоких отверстий, глухих отверстий или сложных полостей. Поэтому геометрическая сложность является фундаментальным ограничением.

6. Пределы толщины и остаточное напряжение

Чрезмерная толщина покрытия приводит к накоплению внутренних остаточных напряжений (преимущественно растягивающих), что может вызвать самопроизвольное растрескивание или откол. Критическая толщина значительно варьируется в зависимости от системы материалов; керамические покрытия толщиной более 2–3 мм обычно требуют тщательного проектирования процесса и промежуточных этапов снятия напряжений.

7. Тепловой ввод в подложку

Подложка получает измеримое тепловложение во время напыления (температура подложки обычно повышается до 100–250°C), что создает риск термической деформации для тонкостенных компонентов, термочувствительных материалов или заготовок, размеры которых уже подверглись чистовой обработке.

8. Стоимость и сложность процесса

Плазменное напыление требует специального оборудования, материалов и опыта, что делает его относительно сложным по сравнению с некоторыми другими методами нанесения покрытия. Инвестиции в капитальное оборудование значительны, циклы обучения операторов длительны, параметры процесса требуют строгого контроля, а процесс плохо подходит для мелкосерийного или разового ремонта.

VIII. Рабочий процесс плазменного напыления

Полный рабочий процесс производства плазменного напыления состоит из следующих семи основных этапов.

Этап 1: Проверка заготовки и входная проверка. Получите заготовку и сверьте ее с чертежами и техническими характеристиками (материал покрытия, толщина, площадь, особые требования). Осмотрите поверхность подложки на наличие трещин, глубоких ямок, расслоений и коррозии. Подтвердите материал подложки и оцените совместимость коэффициента теплового расширения. При ремонтных работах соизмерьте существующие размеры с заданными и определите, требуется ли предварительная механическая обработка для удаления старого покрытия или поврежденного слоя.

Этап 2. Подготовка поверхности (наиболее важный этап). Качество подготовки поверхности напрямую влияет на прочность сцепления покрытия. Типичная последовательность:

* Обезжиривание: растворителем (ацетон или IPA) или ультразвуковая очистка для удаления всего масла и жира.

* Предварительная обработка (при необходимости): токарная обработка или шлифовка для удаления старых покрытий или оксидных слоев.

* Маскировка: защитите участки, не подлежащие покрытию, с помощью металлических экранов, высокотемпературной ленты или пластиковых заглушек.

* Пескоструйная очистка: распыление необходимо начать в течение 4 часов после пескоструйной обработки, чтобы предотвратить повторное окисление основания.

* Предварительный нагрев (опционально): предварительный нагрев выбранных заготовок для улучшения адгезии и уменьшения термического удара.

Этап 3. Подготовка и проверка порошкового сырья. Проверьте номер партии порошка и сертификат соответствия химического анализа (CoA). Проверьте распределение частиц по размерам. Предварительно высушите порошок, чтобы удалить адсорбированную влагу, затем загрузите порошок в загрузочный бункер.

Этап 4. Настройка оборудования и настройка технологических параметров. Ключевые технологические параметры и типовые диапазоны АПС:

Пробное напыление тестовых образцов обязательно перед нанесением покрытия на реальные заготовки; Образцы купонов проверяются на толщину, пористость и прочность соединения, а соответствие параметров должно быть подтверждено до начала производственного напыления.

Этап 5. Напыление. Установите заготовку на приспособление и расположите ее на роботе или поворотном столе с ЧПУ. Запустите плазменную дугу и дайте горелке достичь стабильного рабочего режима (приблизительно 30 секунд). Распылите функциональный верхний слой по запрограммированной траектории. Между проходами для контроля температуры заготовки используются сжатый воздух или специальные охлаждающие устройства. Прекратите распыление при достижении заданной общей толщины.

Этап 6: Последующая обработка (по необходимости)

Охлаждение: обеспечить естественное охлаждение до температуры окружающей среды (для некоторых заготовок требуется контролируемое охлаждение, чтобы предотвратить растрескивание в результате термического удара)

Механическая обработка: прецизионное шлифование до конечных размеров и заданного Ra.

Герметизация: для антикоррозионных покрытий, вакуумная или капиллярная пропитка маловязким раствором эпоксидной смолы, силана или ПТФЭ для устранения взаимосвязанной пористости.

Наплавка (для самофлюсующихся сплавов NiCrBSi): кислородно-ацетиленовая или индукционная переплавка для достижения металлургического соединения.

Термическая обработка (отдельные области применения): например, Покрытия HA требуют отжига при температуре 800°C в аргоне для восстановления кристалличности.

Этап 7. Очистка и упаковка. Удалите все маскирующие материалы. Сдуйте порошок с поверхности покрытия сжатым воздухом. Очистите и высушите заготовку. Упакуйте согласно спецификации (защита от ударов и влаги) и прикрепите сертификат проверки покрытия.

IX. Проверка и контроль качества

Проверка качества покрытий плазменного напыления организована на двух уровнях: внутрипроизводственный контроль и контроль после нанесения покрытия.

Параметры мониторинга в процессе процесса включают в себя мониторинг напряжения и тока плазменной дуги в реальном времени, непрерывный гравиметрический контроль скорости подачи порошка, мониторинг температуры подложки (термопара или инфракрасный термометр для предотвращения перегрева), проверку расстояния распыления и программатора пути робота, а также номер партии и подтверждение сухости после каждой загрузки порошка.

X. Срок службы и техническое обслуживание покрытия

Срок службы покрытий плазменного напыления сильно варьируется в зависимости от применения, сложности эксплуатации и системы материала покрытия: от нескольких месяцев до нескольких десятилетий.

1. Основные механизмы, ограничивающие жизнь:

Термоциклирование: основной механизм разрушения покрытий типа TBC. Несоответствие коэффициентов теплового расширения керамического покрытия и металлической подложки приводит к накоплению напряжений на границе раздела с каждым циклом нагрева/охлаждения, что в конечном итоге приводит к растрескиванию. Типичные TBC аэрокосмических двигателей выходят из строя после нескольких сотен или нескольких тысяч термических циклов.

Износ: для износостойких покрытий (Cr₂O₃, WC-Co и т. д.) фрикционный износ контртела является основным фактором, ограничивающим срок службы. Срок службы Cr₂O₃ на высокоскоростных нитенаправляющих роликах обычно составляет 12–36 месяцев при нормальных условиях эксплуатации.

Коррозия: для антикоррозионных покрытий основным путем разрушения является проникновение электролита через каналы пор в подложку; герметизирующая обработка существенно продлевает срок службы.

Атака CMAS (для аэрокосмических TBC): при полете в пыльной среде кальций-магний-алюминий-силикат (CMAS) из взвешенных в воздухе частиц плавится при высокой температуре, проникает и воздействует на покрытия YSZ, что представляет собой одну из основных угроз отказа в высокотемпературных секциях турбин.

2. Типичные ориентировочные значения срока службы:

3. Протоколы обслуживания и ухода:

(1) Мониторинг во время эксплуатации: регулярный визуальный осмотр поверхности покрытия на наличие трещин, сколов, точечной коррозии или аномального износа. Периодическое измерение критических размеров (например, диаметра ролика, толщины покрытия) по сравнению с исходными записями для оценки скорости износа. Для износостойких покрытий рекомендуется плановый остановочный контроль каждые 3–6 месяцев с измерением шероховатости поверхности контактным профилометром.

(2) Очистка покрытия: керамические покрытия (Al₂O₃, Cr₂O₃) можно протирать мягкой тканью и мягким нейтральным моющим средством. Ни в коем случае нельзя использовать абразивные щетки или щетки из стальной проволоки для очистки зеркальных керамических покрытий. Сильные кислоты, особенно плавиковую кислоту, нельзя использовать на керамических поверхностях. После очистки покрытия необходимо тщательно высушить, чтобы предотвратить накопление влаги в пористой структуре.

(3) Устранение повреждений: локализованные микротрещины (несквозные): пропитать керамическим герметиком низкой вязкости (например, Belzona 5831) для замедления распространения. Локализованное расслоение: очистите открытую поверхность и нанесите спрей для локального ремонта с помощью портативной плазменной горелки. Обширное расщепление или износ основы: выведите заготовку из эксплуатации, полностью удалите старое покрытие (пескоструйной очисткой или механическим способом) и повторно нанесите краску.

(4) Повторная обработка герметика: органические герметики (силикон, эпоксидная смола) со временем стареют и улетучиваются; Состояние повторного уплотнения следует оценивать ежегодно и при необходимости проводить повторную пропитку.

(5) Специальное обслуживание плазменных покрытий из искусственных волокон: являясь ведущим китайским поставщиком услуг по ремонту и техническому обслуживанию оборудования для прядения из расплава, компания Jiaxing Shengbang Mechanical Equipment Co., Ltd. использует системы плазменного напыления от «Аэрокосмического института 625». Используя передовые технические знания, компания специализируется на нанесении термобарьерных и износостойких покрытий для предприятий по производству химических волокон по всему миру (компоненты, такие как‌ термовалки, прядильные ролики, направляющие диски, формовочные пластины и нитенаправители, «Материалы покрытия»: Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂ и WC). За годы работы компания Shengbang установила «стратегическое партнерство» с ведущими игроками отрасли, такими как Tongkun Group, XinFengming Group, Hengli Group и Shenghong Co., Ltd., постоянно получая признание за превосходное обслуживание. Согласно техническим рекомендациям Shengbang, стандартные протоколы технического обслуживания направляющих роликов для химических волокон «обычно включают»:

Прецизионное шлифование после распыления до Ra ≤ 0,05 мкм (зеркальная поверхность) является основой для нитенаправителей. Ежедневное патрулирование: слегка проведите пальцем по поверхности ролика, чтобы обнаружить выступающие абразивные частицы или шероховатости. Еженедельный осмотр: измерение шероховатости поверхности с помощью специального профилометра; Ra > 0,2 мкм требует немедленной полировки. Критерии вывода из эксплуатации покрытия: толщина покрытия изношена менее 50% от первоначального значения; наличие трех и более сквозных трещин; или Ra не может быть восстановлен до технологических требований путем полировки.

Часто задаваемые вопросы

I. Что Shengbang делает в этой области?

Мы обладаем первоклассной инженерно-технической командой в сочетании с передовым и полным производственным и испытательным оборудованием, что заложило для нас прочную основу для предоставления высококачественных и первоклассных услуг предприятиям по производству химических волокон. Придерживаясь основного принципа независимых инноваций, компания стремится предоставлять долгосрочные, стабильные и комплексные технические услуги крупным предприятиям по производству химических волокон, помогая отрасли достичь высококачественного развития.

II. О конкурентоспособности Shengbang?

Наша компания оснащена передовым и комплексным оборудованием для производства, контроля, испытаний и обслуживания оборудования для производства химических волокон, включая многофункциональные станки с ЧПУ, оригинальное оборудование для коррекции баланса от Schenck Process GmbH (Германия), оборудование для плазменного напыления от 625-го института Министерства аэрокосмической промышленности и оригинальные приборы для термической калибровки Godet от Barmag AG (Германия).

Опираясь на многолетний богатый опыт, накопленный в области производства химических волокон, и развитую технологию системной интеграции, мы успешно разработали революционный прототип многоцелевой прядильной машины, с помощью которой можно легко добиться гибкого переключения производства между однокомпонентной, двухкомпонентной, многокомпонентной, предварительно ориентированной пряжей (POY), полностью вытянутой пряжей (FDY), пряжей средней прочности, ультратонкой пряжей и технической пряжей.

В этой статье обобщена информация из академической литературы, инженерных стандартов и ресурсов промышленной практики в области технологии термического напыления, включая книгу Хеймана «Покрытие плазменным напылением: принципы и применение», технические спецификации Общества термического напыления ASM, соответствующие стандарты ASTM/ISO и техническую документацию Oerlikon Barmag. Параметры процесса и данные о сроке службы для конкретных применений должны определяться на основе эмпирических квалификационных испытаний процесса и спецификаций производителя оборудования.