способ напыления внутренних поверхностей малоразмерных деталей и деталей из материалов с высокой теплопроводностью

Формула изобретения

Способ напыления внутренних поверхностей малоразмерных деталей и деталей из материалов с высокой теплопроводностью, включающий напыление плазменным методом многослойного покрытия, состоящего из металлических и керамических слоев, из порошкового материала, отличающийся тем, что перед напылением детали проводят исследование геометрических параметров металлизационного валика, который напыляют на рабочих режимах при отсутствии продольного перемещения плазмотрона, и получают ширину металлизационной фигуры, напыление осуществляют при вращении детали, сначала напыляют первые металлические и керамические слои толщиной 20-30 мкм при перемещении плазмотрона за один оборот детали не менее 0,5 ширины металлизационной фигуры, силе тока 530-550 А и неизменной дозировке порошкового материала, затем осуществляют напыление до заданной толщины покрытия с шагом перемещения плазмотрона 3-5 мм/об и силе тока 450-480 А.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии газотермического напыления и может быть использовано для нанесения теплозащитных покрытий на внутренние поверхности малоразмерных деталей и деталей из материалов с высокой теплопроводностью, используемых в двигателях летательных аппаратов, машиностроении, энергетике, а также для восстановления изношенной поверхности деталей.

Известен способ нанесения плазменного покрытия параллельными полосами, которые смещают друг относительно друга в результате взаимных вращательно-поступательных перемещений напыляющего устройства и изделия /2186148, МПК С 23 С 4/16, Б.И. №27.07.02/.

Недостатком этого способа является неравномерный нагрев детали, что приводит к ее короблению. Кроме того, напыление внутренней поверхности малоразмерных деталей приводит к перегреву детали, что вызывает повышенное окисление поверхности и уменьшает адгезионную прочность покрытия.

Известен способ изготовления деталей, включающий напыление металлического слоя и поэтапное образование керамических слоев. При этом первый и второй керамические слои образуют плазменным методом на воздухе соответственно в два этапа, меняя дозировку вводимого порошка, а именно первый этап при малой дозировке, а второй при увеличенной дозировке до получения структуры пористостью 5,0-16% /2116377, МПК С 23 С 14/06, Б.И. 27.07.98./.

Недостатком этого способа является повышенное окисление переходной зоны металл-керамика вследствие ее перегрева из-за малой толщины керамики (несколько микрон) в первые проходы. Кроме того, при неизменном токе первые слои керамического покрытия будут недостаточно прогреты из-за большого теплоотвода в металлический слой. При этом снижается производительность процесса, увеличивается расход электрической энергии и плазмообразующих газов.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение качества покрытия (адгезионная, когезионная прочность, наличие окислов, уменьшение перегрева деталей) особенно при напылении на малых дистанциях внутренних поверхностей малоразмерных деталей и напыления изделий из высокопроводящих материалов (Сu, Аl).

Эта задача решается за счет того, что в способе напыления внутренних поверхностей малоразмерных деталей и деталей из материалов с высокой теплопроводностью, включающем напыление металлического и керамических слоев, согласно изобретению первые слои металлического и керамического покрытия толщиной 20-30 мкм формируют при смещении плазмотрона за один оборот не менее 0,5 ширины металлизационной фигуры, токе 530-550 А и неизменной дозировке порошкового материала, а затем до заданной толщины с шагом 3-5 мм/оборот и значением силы тока 450-480 А.

Металлизационная фигура представляет собой покрытие, нанесенное неподвижным плазмотроном и имеющее форму горки с распределением напыленного материала по ее сечению, подчиняющимся эпоненциальному закону (см. чертеж).В результате линейного перемещения плазмотрона напыляемый материал осаждается в виде металлизационного валика, поперечное сечение которого соответствует ширине поперечного сечения металлизационной фигуры. Для получения покрытия поперечная подача плазмотрона устанавливается такой, при которой происходит взаимное и частичное перекрытие соседних валиков. Металлизационная фигура - то же самое, что и металлизационный валик, поскольку в данном способе напыления интерес представляют только размеры поперечного сечения (в частности, ширина) вышеупомянутых фигур, которые идентичны.

Конкретное применение вышеуказанного способа рассмотрим на примере напыления жаровой трубы с конвективным охлаждением, изготовленной из сплава ХН50ВМТЮБ-ВИ.

Перед напылением производилось исследование геометрических параметров металлизационного валика, напыленного на рабочих режимах, указанных ниже при отсутствии продольного перемещения плазмотрона. Полученная ширина металлизационной фигуры составила S=17 мм.

Внутренний диаметр детали, подлежащей напылению, составляет 75 мм. Необходимо нанести термозащитное покрытие (ТЗП) общей толщиной 600 мкм.

Покрытие имеет двухслойную структуру:

1-й слой - металлический (связующий) толщиной 150-200 мкм, образуется путем напыления порошка NiCoCrAlY, грануляцией &; 0,1 мкм;

2-й слой - керамический (рабочий) толщиной 300-400 мкм, образуется путем напыления порошка Z₂O₂ +8Y₂O₃ 0,63 мкм.

Подготовка внутренней поверхности

1. Абразивная пескоструйная обработка поверхности, подлежащей напылению электрокорундом марки 63Н до образования равномерно матовой поверхности.

2. Обезжиривание поверхности ацетоном.

Напыление ТЗП производилось на плазменной установке УПУ-8М малогабаритным плазмотроном, работающим на Аr-Н₂ (аргоно-водородном) плазмообразующем газе.

Напыляемая деталь устанавливалась в манипулятор вращения и при напылении охлаждалась сжатым воздухом.

Напыление металлического слоя осуществлялось на следующих режимах:

Напряжение U=55-60 В

Расход аргона 2 м ³/ч

Расход водорода 0,1 м³/ч

Расход транспортного газа (Аr) 0,2 м³/ч

Дистанция напыления 35 мм

Скорость вращения детали 38 об/мин

	Сила тока, I, А	Шаг перемещения плазмотрона, мм/об
Начальные слои (1-2)	400	8
Последующие слои	380	5

Напыление керамического слоя осуществлялось на следующих режимах:

Напряжение U=60-62 В

Расход аргона 2 м³ /ч

Расход водорода 0,2 м³/ч

Расход транспортного газа (Аr) 0,2 м³/ч

Дистанция напыления 35 мм

Скорость вращения детали 38 об/мин

	Сила тока, I, А	Шаг перемещения плазмотрона, мм/об
Начальные слои (1-4)	550	8
Последующие слои	450	5

После напыления деталь подвергалась окислительному отжигу в специальной печи с целью контроля качества адгезии на режиме:

Т=850° С;

время выдержки 1 ч 30 мин.

После остывания трубы на воздухе до комнатной температуры не было замечено отслоений, сколов и других нарушений плазменного покрытия.