порошковое газопламенное напыление

Когда слышишь ?порошковое газопламенное напыление?, многие представляют что-то вроде паяльной лампы, разбрызгивающей расплав. Но суть — в управлении. Управлении пламенем, частицей, тепловым потоком. И главное заблуждение — считать, что если есть горелка и порошок, то уже можно наносить покрытия. На деле, без понимания того, как именно порошок ведёт себя в струе, как он плавится (или недоплавляется), и как ложится на основу, получится не покрытие, а брак. Сам через это прошёл, когда лет десять назад пробовал восстанавливать изношенные валы на месте, без должной подготовки поверхности и контроля температуры. Результат был плачевным — адгезия почти нулевая, покрытие отслаивалось пластами. Вот тогда и пришло осознание, что это не ?напылил и готово?, а целая технологическая дисциплина.

Основы процесса: что горит и что летит

В основе, конечно, горючая смесь — обычно ацетилен-кислород, иногда пропан. Но дело не в топливе, а в конструкции горелки. Важен факел, его форма, температура в ядре. Порошок подаётся в эту зону, и здесь первый нюанс: скорость истечения газа и траектория ввода порошка. Если подать слишком резко — частицы проскочат, не успев прогреться. Слишком медленно — перегреются, испарятся или изменят химический состав. Идеал — когда частица в полёте становится вязко-жидкой, ?каплей?, но не теряет своей массы. Для разных материалов — никелевые сплавы, карбиды в металлической связке, самофлюсующиеся порошки — этот ?оконный? температурный режим свой. Опытным путём, с помощью пирометров и позже анализа микрошлифов, приходишь к пониманию, как для своего оборудования выставить эти параметры. Никакие таблицы из справочников не дадут точных цифр для конкретной горелки в конкретный день — влияет и влажность воздуха, и давление в баллонах.

Часто упускают из виду подготовку поверхности. Пескоструйка — это обязательно, но каким абразивом? Если после обработки останется мелкая пыль или, наоборот, абразив вбился в поверхность — адгезия будет слабее. Нужна чистая, шероховатая, активная поверхность. Иногда, для ответственных деталей, делают предварительный нагрев. Но тут тоже палка о двух концах: перегрел основу — возникнут напряжения, недогрел — возможно отслоение из-за разницы коэффициентов термического расширения. В общем, каждый раз это балансировка.

И ещё о порошке. Фракция. Кажется, мелочь. Но если взять слишком широкий разброс по размеру частиц, мелкие сгорят, крупные не расплавятся. Получится неоднородная, пористая структура. Поэтому поставщика порошка нужно выбирать тщательно, смотря на сертификаты и, что важно, на стабильность партий. Бывало, от одной партии работа идёт как по маслу, от другой — сплошные проблемы. Приходится перенастраивать весь режим.

Оборудование и его капризы

Горелка — сердце процесса. Современные установки, конечно, далеко ушли от простых ручных моделей. Есть системы с числовым программным управлением, подачей порошка по нескольким каналам, контролем расхода газов. Но и они ломаются, засоряются. Самый частый кошмар — забитый сопловой канал или износ самого сопла. Пламя начинает ?бить? в сторону, факел теряет форму. И если вовремя не заметить, можно испортить целую партию деталей. Поэтому постоянный визуальный контроль факела — обязательная привычка оператора. Цвет, стабильность, звук — всё имеет значение.

Система подачи порошка — отдельная история. Пневматические питатели, дозаторы. Они чувствительны к влажности порошка. Случай из практики: работали в цехе с высокой влажностью, порошок, хоть и хранился в сухом месте, но в процессе работы набирал влагу из воздуха. В итоге — неравномерная подача, ?плевки? порошком вместо стабильной струи. Пришлось ставить дополнительные осушители на линию подачи. Мелочь, а остановила работу на полдня.

Что касается производителей, то рынок насыщен. Но когда требуется надёжность для серийных работ, часто смотрят в сторону комплексных решений. Например, знаю, что компания ООО Сиань Синьханъи Силовые Установки Технологии, которая с 2015 года развивает своё производство на площади в 10 000 кв. м. в Сисяне, уделяет внимание не только силовым установкам, но и смежным технологиям обработки поверхностей. На их сайте https://www.xhydl.ru можно увидеть, что масштаб производства предполагает и применение, и, возможно, адаптацию таких процессов, как порошковое газопламенное напыление, для восстановления или упрочнения компонентов собственной продукции. Это логично — иметь полный цикл, включая ремонт.

Материалы покрытий: от никеля до карбидов

Выбор материала — это всегда компромисс между требуемыми свойствами и технологичностью. Никель-хром-борсилициевые самофлюсующиеся сплавы (типа NiCrBSi) — классика для защиты от абразивного износа и коррозии. Их прелесть в том, что они хорошо ?смачивают? основу, образуя прочную связь. Но для их напыления нужен точный контроль температуры, чтобы бор и кремний выполнили свою флюсующую роль, но не выгорели.

Карбиды вольфрама или хрома в металлической (кобальтовой или никелевой) связке — для экстремального абразивного износа. Здесь сложность в другом: нужно расплавить связку, но не пережечь сам карбид. Иначе твёрдая фаза разрушится, и покрытие потеряет твёрдость. На практике это выглядит как поиск такого расстояния от среза сопла до детали, при котором карбидные частицы лишь ?погружены? в расплавленную матрицу, а не варятся в пламени. Определяется по цвету и характеру осаждения.

Были эксперименты с оксидными керамиками, например, оксидом алюминия. Но для газопламенного напыления это сложно — температура плавления очень высока, высок риск получения пористого, хрупкого слоя. Чаще для керамик используют плазменное напыление. Хотя, для некоторых задач термоизоляции, когда пористость даже полезна, пробовали и газопламенным методом. Получалось, но прочность такого слоя была низкой, годилось разве что для стационарного оборудования, не подверженного ударам.

Типичные дефекты и как их читать

Излом или шлиф покрытия — как книга для специалиста. Пористость — самая частая проблема. Если поры мелкие и равномерно распределены — возможно, это норма для данного материала и метода. Но если видны крупные, вытянутые поры или расслоения — это уже брак. Причины: слишком большое расстояние напыления, влажный порошок, неправильная скорость перемещения горелки. Видел однажды покрытие, которое на изломе напоминало слоёный пирог. Оказалось, оператор делал слишком широкие проходы, и каждый новый слой ложился на уже остывший предыдущий, без должного сплавления.

Низкая адгезия. Отслоение от основы. Тут причин масса: плохая подготовка поверхности (жир, окалина), перегрев основы и образование оксидной плёнки уже в процессе напыления, слишком быстрое охлаждение. Иногда помогает предварительный ?подплавленный? подслой из того же никель-хромового сплава, который создаёт хорошую связь с основой.

Окислы и включения. В толще покрытия видны тёмные неметаллические включения. Это может быть окисление материала в полёте из-за избытка кислорода в пламени или подсоса воздуха. Контроль состава газовой смеси — ключевой момент. Нужно следить, чтобы пламя было восстановительным (с небольшим избытком горючего газа), особенно для активных металлов.

Где это работает, а где — нет

Идеальная ниша для газопламенного напыления — восстановление геометрии и нанесение износостойких покрытий на крупногабаритное стационарное оборудование, которое невозможно или невыгодно разбирать и везти в цех. Валы, цилиндры, опорные поверхности. Мобильность установки — её огромный плюс. Работал на ремонте сушильных барабанов на целлюлозно-бумажном комбинате — привез установку, подготовил поверхность на месте, напылил. Экономия на демонтаже и транспортировке — колоссальная.

А вот для тонкостенных деталей или деталей с жёсткими допусками по нагреву метод подходит плохо. Тепловая нагрузка всё же значительная, может ?повести? деталь. Пробовали наносить покрытие на тонкие (4-5 мм) стенки кожуха насоса. Даже с водяным охлаждением с обратной стороны деталь деформировалась. Пришлось отказаться в пользу более ?холодных? методов, вроде высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF), но это уже другая история и другое оборудование.

Ещё один хороший пример — упрочнение новых деталей. Не только ремонт. Например, нанесение износостойкого слоя на рабочие кромки шнеков, лопастей. Это продлевает жизнь детали в разы. В таких случаях процесс доводится до режима, и работа идёт почти конвейерно. Важно иметь стабильные входные параметры: одинаковые детали, одинаковый порошок, одинаковые настройки. Тогда и результат предсказуем.

В целом, порошковое газопламенное напыление — это не магия, а ремесло, основанное на физике и большом количестве практических наблюдений. Оно не решает всех проблем, но в своей нише — незаменимый инструмент. Главное — не относиться к нему как к простой операции, а понимать глубину процессов, происходящих между концом сопла и поверхностью детали. И тогда из огня и порошка действительно рождается нечто ценное — новое качество поверхности, а иногда и вторая жизнь для, казалось бы, безнадёжной детали.