Детонационные покрытия

Детонационными покрытиями (от франц. detonation - взрыв) называются покрытия из порошков, распыленных продуктами детонации несущей их газовой смеси на по­верхность металлических изделий из сплавов черных и цветных металлов. Для создания детонационных покрытий (ДП) ис­пользуют никелевый порошок, композиционные .материалы с металличе­ской связкой (WC + Со) и некоторые тугоплавкие соединения (Аl₂О₃, Сr₂О₃ и др.). Их наносят на поверхность изделий из стали, цвет­ных и легких сплавов с твердостью не выше 60 HRC любой формы и раз­меров, за исключением отверстий, а также внутренних полостей, длина которых больше двух диаметров.

По­лучение ДП основано на распыле­нии дисперсного порошка в специальном стволе, заполненном взрывчатой сме­сью (главным. образом, эквимолярной смесью ацетилена с кислородом), при вос­пламенении которой образуется де­тонационная ударная полна, распро­страняющаяся со скоростью до 3000 м/ceк. В течение 3-4 мceк скорость перемещения продуктов детонации достигает 1400 м/сек. Подхватывая введенный в ствол порошок, газовая смесь переносит его на поверхность изделия со скоростью до 800-1000 м/сек. Скорость частиц при детона­ционном напылении в 5-10 раз пре­вышает их скорость при создании плазменных и гaзoплaмeнных покрытий, что существенно по­вышает плотность напыленного покрытия, а также прочность сцепления покрытий, нанесенных детонационным способом, с материалом ос­новы.

Установка для нанесения ДП обычно состоит из смесительной ка­меры с системой клапанов, ствола, устройства для дозированного вве­дения в ствол и распыления в нем порошка, программного устройства и системы зажигания электрической искрой. Изделия устанавливают в манипуля­торе на пути потока порошка, на расстоянии 70-180 мм от среза ство­ла. Есть также установки с бескла­панным газораспределением, с воз­буждением детонации взрывчатым ве­ществом. Покрытие необходимой тол­щины (обычно 0,015-1 мм) создают серией после-довательных циклов на­пыления - выстрелов (их частота три - пять в секунду).

Предваритель­ный подогрев изделий не требуется: нагретый в стволе порошок повышает температуру их поверхности до 250 °С, что является существенным преимуще­ством детонационного способа нане­сения покрытий. После выстрела на поверхности изделия образуется круг напыления, диаметр которого равен внутреннему диаметру ствола (15-30 мм), а толщина составляет 10-15 мкм. При частоте пять выстрелов в секунду производительность про­цесса составляет около 600 см²/мин. Перед нанесением покрытия поверх­ность изделий обезжиривают, после его нанесения шероховатую поверх­ность шлифуют (если необходимо) аб­разивными кругами и алмазным ин­струментом. Свойства ДП зависят от скорости, химического состава и дисперс­ности порошка (обычно не выше 20 мкм), места введения порошка в ствол и расстояния от среза ствола до изделия. Структура покрытия (рисунок 20.6) характеризуется ярко выра­женной слоистостью (слои вытянуты вдоль напыляемой поверхности), по­крытие практически полностью при­легает к материалу основы, отличает­ся высокой плотностью (≥98 %). Поскольку детонация непродолжи­тельна, детонационная волна не ока­зывает существенного влияния на свойства, форму и размеры изделия.

Детонационные покрытия формируются в результате сов­местной пластической деформации тонкого поверхностного слоя изделия и напыляемого порошка, а также разогрева места напыления, вследствие чего плотность покрытия и его сцеп­ление с материалом основы в значи­тельной мере зависят от скорости напыляемых частиц. Если частицам величиной 20 мкм не придана опти­мальная скорость (частицам никеля не менее 800 м/ceк), покрытие отличается плохим качеством.

К наи­более распространенным ДП относятся износостойкие покрытия, в том числе износостойкие при повышенной температуре (до 980 °С) в окислительной среде, коррозионностойкие покрытия (80-85 % Сr_ЗС₂ и 15-20 % NiCr), ударо-термостойкие покрытия (WC + 9 ÷ 15 % Со и др.). Твердость таких покрытий 700 ÷ 1400 НV, порис­тость (закрытая) 1-3 %, прочность сцепления с материалом основы 7-15 кгс/мм². Д. п. применяют в машино- и приборостроении главным образом для повышения износостойкости и эро­зионной стойкости узлов трения, режущего и измерительного инстру­мента, конусов для волочения, вал­ков для обработки металлов давле­нием, контактных поверхностей де­талей и лопаток газотурбинных дви­гателей. Диффузионные покрытия позволяют существен­но улучшать технико-экономические показатели при эксплуатации изде­лий. Срок эксплуатации инструмен­тов для резания бумаги после н нане­сения покрытия на основе карбида вольфрама увеличивается в 10-30 раз, стойкость стальных конусов для волочения после нанесения покры­тия из окиси хрома увеличивается в три - семь раз, срок эксплуатации лопаток газовых турбин после на­несения покрытия на основе карбида вольфрама толщиной до 170 мкм уве­личивается в 15-20 раз.

Контрольные вопросы

1 Какими способами наносятся вакуумные покрытия?

2 Какие вещества используются для образования газофазных покрытий?

3 Как подразделяются диффузионные покрытия по химическому состоянию насы-щающей среды?

4 Почему после нанесения газопламенных покрытий материал подвергается термообработке?

5 В чем состоят особенности нанесения детонационных покрытий?