Способ плазменного напыления покрытий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством(73) Патентообладатель Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством(57) Способ плазменного напыления покрытий, включающий осуществление процесса нанесения покрытий под водой с вводом напыляемого материала в сопло либо сопловую насадку плазмотрона и эжектированием воды из окружающей среды, отличающийся тем, что между соплом либо сопловой насадкой и основой прикладывают разность потенциалов, а дистанцию напыления контролируют посредством измерения силы тока,протекающего между основой и соплом либо сопловой насадкой. Зависимость силы тока (, мА) от дистанции напыления (, мм) Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, в частности к способам плазменного напыления. Известен способ плазменного напыления покрытий, включающий зажигание дуги плазмотрона и выход на рабочие режимы на воздухе, после чего плазмотрон погружают в воду и проводят напыление покрытия в воде 1. В результате сжатия плазменной струи под водой увеличивается давление газов в струе, улучшается теплообмен напыляемого материала с газами плазменной струи, увеличивается тепловой поток от струи в основу, в результате чего формируются более плотные покрытия. Интенсивное охлаждение покрытия в воде снижает остаточные напряжения, что увеличивает прочность сцепления покрытий с основой. Недостатком способа является сравнительно невысокая плотность покрытий из тугоплавких материалов и керамики. 3202 1 Известен способ плазменного напыления, включающий контроль температуры в пятне напыления посредством измерения разности потенциалов, возникающей между соплом плазмотрона и напыляемой поверхностью при напылении 2. Недостатком способа является нестабильность разности потенциалов вследствие прохождения разного типа приэлектродных процессов. В качестве прототипа выбран способ плазменного напыления под водой с использованием эжектирования воды из окружающей среды по периферии сопла либо сопловой насадки 3. Способ позволяет дополнительно обжать плазменную струю за счет давления пара эжектированной воды. В результате увеличивается температура плазменной струи, а также улучшается распределение частиц напыляемого материала и теплообмен в струе, что повышает плотность покрытий. Уменьшение размеров плазменной струи под водой обусловливает снижение дистанции напыления до 10 - 20 мм и уменьшение диаметра пятна напыления до 5 7 мм. В результате значительно увеличивается поток от плазменных газов к напыляемой поверхности и температура в пятне напыления. Эжекция воды через сопло (сопловую насадку) охлаждает струю плазменных газов, снижая степень их термического влияния на напыляемую поверхность, практически не уменьшая при этом температуру напыляемого материала. Тем самым создаются условия для ведения процесса напыления при коротких дистанциях (5 - 12 мм), обеспечивающие высокую плотность и повышенную прочность сцепления покрытий с основой. Однако этот режим напыления реализуется в узком диапазоне дистанций, что требует точного ее контроля. Уменьшение дистанции напыления приводит к образованию трещин, окислению и разрушению покрытий плазменной струей. При увеличении дистанции напыления не достигаются высокая плотность и прочность сцепления покрытий. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в увеличении плотности и прочности сцепления покрытий с основой за счет повышения стабильности результатов (снижения вероятности образования дефектов в покрытии при напылении). Поставленная техническая задача решается осуществлением процесса нанесения покрытий под водой с вводом напыляемого материала в сопло либо сопловую насадку плазмотрона и эжектированием воды из окружающей среды, отличающимся тем, что между соплом либо сопловой насадкой и основой прикладывают разность потенциалов. Под воздействием приложенного электрического поля в воде возникает электрический ток. Величина этого тока определяется сопротивлением воды между соплом (сопловой насадкой) плазмотрона и основой, которое пропорционально дистанции напыления, что позволяет контролировать последнюю посредством измерения силы тока по калибровочной кривой. Изобретение дает возможность точно регулировать дистанцию в процессе напыления, что снижает вероятность образования дефектов в покрытии и позволяет повысить плотность и прочность сцепления покрытий с основой. Пример. Проводили нанесение покрытия из порошка сплава марки Амперит-9930 фракции 40 - 63 мкм. Покрытие наносили на поверхность образцов из среднеуглеродистой стали размером 100 х 40 х 5 мм. Покрываемую поверхность предварительно подвергали струйно-абразивной обработке корундом. Процесс напыления осуществляли на оборудовании фирмы - А плазмотроном типа 4, анодный узел которого модернизирован для использования сопла с насадками. Использовали пористую насадку диаметром 16 и длиной 20 мм. Покрытия наносили в камере, заполненной на 3/4 объема водой технической,ГОСТ 2874-82. Для предотвращения налипания частиц напыляемого материала на сопло плазмотрона использовали противоток при угле ввода газа 45 - 60. Режим нанесения покрытия ток дуги 650 А, напряжение 60 В, расход плазмообразующих газов - аргона 65 л/мин, водорода 5 л/мин, расход порошка - 0,18 г/с, расход транспортирующего газа (аргона) противотока- 3/5 л/мин, дистанция напыления - 8 мм. Дистанцию напыления контролировали по калибровочной кривой (фиг.). Прикладываемая разность потенциалов - 25 В. Для получения сравнительных данных параллельно проводили получение покрытия по способу, описанному в прототипе. Пористость покрытий определяли металлографическим методом на поперечных шлифах покрытий. Прочность сцепления покрытий с основой определяли штифтовым методом. Сравнительные данные свойств покрытий, полученных по прототипу и предлагаемому изобретению,приведены в таблице. Способ напыления Прототип Предлагаемое изобретение Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.