Плазменная наплавка и напыление

Технологический участок Центра осуществляет следующие работы в области плазменно-дуговых методов нанесения покрытий:


• создание  покрытий методом плазменно-дугового напыления на установках ПМ-3 и УПУ 3Д,

• разработку технологий и выбор присадочных материалов для восстановления и упрочнения деталей машин методами плазменно-дуговой наплавки и напыления,

• разработку технической документации для организации участков плазменно-дуговой наплавки и напыления,

• технико-экономическое обоснование эффективности применения плазменно-дуговых методов нанесения покрытий в соответствии с потребностью Заказчика,

• подбор оборудования для создания участков плазменно-дуговой наплавки или напыления, а также обучение персонала.




Установка плазменно - дугового напыления УПУ 3Д для нанесения порошковых материалов и материалов в виде проволоки




Специалистами Центра разработаны и внедрены в производство технологические процессы нанесения износостойких и коррозионностойких покрытий на детали насосов, используемых для перекачки морской воды, химических растворов и скважинной нефтесодержащей жидкости. При этом стойкость изнашиваемых деталей увеличивается в 3-4 раза. Для напыления использовались порошковые материалы отечественных производителей.

Характерный пример – втулка защитная морских и химических насосов, предохраняющая вал насоса от преждевременного износа.

Наименование

Размер, мм

(диаметр х длина)

Материал втулок

Порошковый материал покрытия,

Годовая мощность производства,

тыс. шт.

технология

Втулка защитная насоса типа "К" и "КД"

от 55х110

до 85х160

Чугун Сч20

12Х18Н10Т

Диоксид алюминия

80

Плазменное напыление без оплавления

Втулка защитная насоса типа "Д"

80х110

Чугун Сч18

ПР-Н73Х16С3Р3

30

Плазменное напыление с оплавлением

Специалистами Центра впервые в отечественном машиностроении разработана и внедрена технология нанесения покрытий на шнеки центрифуги типа ОГШ.

На практике доказана возможность промышленного производства сложнопрофильных деталей, таких как шнек, с применением технологического процесса плазменного напыления с оплавлением.

Наименование

Размер, мм

Материал шнека

Материал порошкового покрытия,

Годовой объем выпуска,

(диаметр х длина)

технология

 тыс. шт.

Шнек центрифуги типа ОГШ

(400 х 600) х 1200

12Х18Н10Т

Пг-Ср3

0,19

Плазменное напыление с оплавлением


Для деталей фонтанной арматуры «шибер-седло» специалистами Центра в результате проведенных лабораторных исследований и практической апробации разработаны рекомендации:


•   по выбору материалов и толщине покрытий трущихся поверхностей;

•  по оптимизации технологического процесса плазменного покрытия трущихся поверхностей порошками самофлюсующихся сплавов с использованием  активирующих добавок для повышения адгезионной и когезионной прочности сцепления.

Применение плакированных порошков


Выбор оксидов, нитридов и карбидов в качестве подложки для создания плакированных порошков диктуется высокой стойкостью этих материалов в агрессивных средах и хорошим уровнем противоизносных свойств.

Нанесение плакирующего слоя на частицы порошка позволяет за счет выбора режимов напыления регулировать пористость покрытий от 10 до 20% с сохранением высокого уровня их адгезионной и когезионной прочности.

Нанесение плакированных порошков методом плазменного напыления за счет интенсификации диффузионных процессов позволяет получать на металлических деталях высокоплотные слои из AlO, CrO, и других керамических порошков плакированных алюминием, никелем, медью и другими металлами и сплавами. 

Плакирование порошков производится ионно-плазменным осаждением в вакуумной камере.В качестве материалов для плакирования используются порошки AlO, CrO, и их смеси гранулометрического состава от 20 до 60 мкм. 

Во время ионно-плазменного осаждения порошки AlO, находящиеся в специальной ёмкости, подвергаются вибрации, тем самым создаются условия для более равномерного нанесения металла на поверхность порошков.

 При этом в вакуумной камере до нанесения покрытия поверхность порошков подвергается ионной очистке, способствующей повышению адгезии металла с поверхностью порошков.

Характерные микроструктуры порошков AlO,  ZrО2 и Al c оболочками из никеля.






толщина оболочки до 10 мкм









толщина оболочки до 10 мкм









толщина оболочки до 15 мкм






Разработана и успешно апробирована технология нанесения плазменных покрытий на детали насосов порошками диоксида алюминия и окиси хрома, плакированными алюминием и никелем.

Испытания стальных образцов с нанесенными методом газопламенного напыления порошками AlO плакированными медью, показали их более высокие эксплуатационные свойства:  низкую пористость и более низкий коэффициент трения по сравнению с покрытием AlO, нанесенным плазменным напылением.

Показатели

98,6% AlO

AlO + оболочка никеля

Плазменное напыление

Газопламенное напыление

Пористость остаточная, %

8 - 12

1,5 - 3,0

Твердость монолитного кристалла (по Mohs)

9,5

 

Адгезия на стали, н/мм²

30 - 40

55 - 75

Коэффициент трения по стали

0,1

0,06 - 0,08

Рекомендуемая толщина покрытия, мм

0,12 - 1,3

0,12 - 2,0

В качестве материалов покрытий деталей насосов в составе погружных агрегатов ЭЦН АКМ специалистами Центра также использовались порошки на основе BC, CrO, плакированные никелем и алюминием.






Так, например, для осевых опор насосов и двигателей внедрена технология нанесения покрытий порошками BC, плакированных никелем, а для торцовых покрытий рабочего колеса ЦНВ 5А-400-2300 – порошками AlO, также плакированных никелем.