Конструкции покрытий.

Служебные свойства изделий с покрытиями определяются не только свойствами материала, который был использован при создании рабочей поверхности. Сам процесс нанесения покрытия имеет большие потенциальные возможности как в плане создания новых видов покрытий, так и техники использования самой технологии.

Конструирование покрытия включает в себя определение толщины слоя материала, создающего рабочую поверхность, выбор его состава и структуры системы "покрытие - основа". Традиционно применяется несколько типов структуры газотермических покрытий (рис.3).

Рис. 3.

Типы структуры покрытий.

Довольно распространенным является однослойное покрытие (рис. 3, а). Его ис пользование целесообразно в случае создания конструкции "покрытие - основа" из материалов с соизмеримыми значениями коэффициентов термического расширения. Необходимым условием является также обеспечение прочности сцепления покрытия с основой. Как правило, такие условия выдерживаются при нанесении металлических покрытий на металлическую основу.

Более распространенным является покрытие с подслоем (рис. 3, б). Подслой имеет меньшую; относительного основного слоя покрытия, толщину, лежащую в пределах 0,025... 0,1 мм. Назначение подслоя — в обеспечении крепкой связи покрытия в целом с ос новой. Кроме того, его часто используют как переходный слой между материалами основы и основного покрытия для уменьшения разности их коэффициентов термического расширения. Зачастую как подслой используются никель - алюминиевые материалы в виде композиционных порошков или сплавов; при нанесении оксидных покрытий для этого пригодны так же никель титановые сплавы.

За счет соединения свойств матрицы и наполнителей можно получить покрытие из многокомпонентной структурой (рис. 3, в). Покрытия такого типа могут быть получены при нанесении механических смесей покрытий или композиционных порошков. В случае эксплуатации покрытия в условиях механических ударных нагрузок и теплосмен используются многослойные и градиентные структуры (рис. 3 г, д). При этом, С градиентная структура может быть как слоистой (из нескольких слоев с различным соотношением компонентов) так и непрерывной (отношение компонентов по толщине покрытия из меняется плавно) в результате их раздельного дозирования в процессе напыления.

Материалы для напыления. Для газотермического напыления применяют большое количество порошков из различных материалов с размером частиц от 5 до 200 мкм. Для напыления покрытий используют порошки общепромышленного назначения и специализированные. Специализированные порошки часто выпускают трех классов: ОМ - особо мелкие; М - мелкие; С - средние. Фракционный состав частиц в пределах класса не одинаков для различных групп материалов. Обычно класс ОМ содержит частицы фракций 40... 100 мкм, М -100...280, С -280...630.

Для напыления применяют порошки двух типов: однокомпонентные и двух или более компонентные. Последние называют композиционными порошками.

Однокомпонентные порошки представляют собой частицы из одного элемента (алюминия, титана, молибдена, и др.) или сплавы из различных элементов. Например Fe-C; М-Al; W-C; Ni-Cr; Ni-Cr-B-Si и др. Структура частиц может быть как гомогенной так и гетерогенной. Обычно однокомпонентные порошки получают распылением расплавов или восстановлением. В практике газотермического напыления применяют главным образом одно компонентные порошки. Их достоинство состоит в получении покрытий с однородным химическим составом и структурой.

Композиционные порошки состоят из двух или более различных по свойствам компонентов, разделенных между собой четкой границей раздела. При газотермическом напылении композиционными порошками обеспечивается:

- получение гетерогенных мелкодисперсных структур с равномерным распределением ком понентов (Со - WC - ТЮ; Ni-NieAI-AI; Ni-AI₂O₃ и др.);

- протекание экзотермических реакций между компонентами порошка (Ni-AI; Ni-Ti; Co-AI; Ni-Cr-AI и др.);

- защита ядра напыляемой частицы плакировкой от взаимодействия с газовой фазой и др.

Композиционный порошки разделяются на две группы: экзотермически реагирующие и термонейтральные.

В экзотермически реагирующих порошках различают следующие типы композиций:

металлоидные М - А1; Ni - 77; Со - А1; Со - Si; Mo - Ni и др.;

металлооксидные А1 - NiO; At -FeO; Cr- CuO; TV-MO и др.;

металлоидные Al - WC; Ti-SiC; TV- B4C; 77- Si₃N₄ и др.

Наиболее значительные тепловые эффекты проявляются в металлооксидных компо зициях.

В термонейтральных порошках различают композиции:

- металл (сплав) - тугоплавкое металлоидное соединение (Cr-WC; (Ni-Cr)-WC; (Ni-Cr-B-Si)- УУСидр.;

- металл (сплав) - металлидное соединение (Ni-Cr)-Ni-AI и др.;

- металл (сплав) - твердая смазка Ai - вы; М, графит; Мо - Mo - S и др.;

- металл (сплав) - оксид Ni-AI₂O₃; Cu-ZrO₂ и др.;

- оксид-оксид: SiO₂-Cr₂O₃; TiO₂-AI₂O₃ и др.

В термонейтральных композиционных порошках экзотермическая реакция не протекает или ее тепловой эффект пренебрежимо мал.

При газотермическом напылении применяют также различные типы проволочных материалов и стержней. Проволочные материалы используют в вице проволок сплошного сечения, порошковых проволок с металлической оболочкой, порошковых проволок с органической оболочкой. В основном используют проволоки общепромышленного назначения или специализированные.