Плазменно-импульсное осаждение покрытий

Плазменно-импульсное осаждение (ПИО) покрытий относится к процессам электрофизической обработки, в которых покрытие формируется за счет расплавления электрода (анода) и оплавления локальной зоны детали (катода) при подаче на них импульсов тока обратной полярности и генерирования плазменного потока.

Покрытие осаждается при ручном или механизированном (роботизированном) перемещении вибрирующего или вращающегося электрода относительно детали при воздействии плазмы газового разряда и межэлектродной среды (рис. 1). Образуемое покрытие имеют четкую границу раздела с металлом подложки и характеризуются повышенной адгезионной прочностью, например, по сравнению с газотермическими покрытиями (рис. 2).


Рис. 1. Схема ПИО покрытия с использованием вращающегося электрода
 

Рис. 2. Поперечный шлиф ПИО покрытия при использовании электрода из твердого сплава ВК8, основа - титановый сплав
 

Использование перемещения, вибрации или вращения электрода предотвращает его прилипание к детали. Применение вращающегося электрода способствует более равномерному его оплавлению по сравнению с вибрирующим и позволяет уменьшить шероховатость наносимого покрытия. Вибрация электрода при его периодическом касании детали обеспечивает проковку покрытия.

В результате плазменно-импульсного воздействия происходит быстрый нагрев поверхностного слоя с последующим интенсивным его охлаждением, путем отвода тепла, как в объем металла, так и в окружающую среду. Сверхвысокие скорости нагрева и охлаждения поверхностного слоя в сочетании с воздействием плазмы позволяют получать нано-, микрокристаллические и аморфные покрытия. При этом кроме термического и газодинамического воздействия, плазменный поток активирует процессы образования покрытий и легирования. При неравновесных быстропротекающих плазменно-импульсных процессах образуются покрытия, у которых свойства, химический и фазовый составы, микроструктура существенно отличаются от получаемых другими методами.

Поперечный разрез кратеров множества точечных образований при ПИО покрытий представляет сплошной новый материал с композиционной структурой, состоящей из трех слоев: верхнего мелкодисперсного «белого» слоя, среднего, образованного за счет диффузии химических элементов материала анода и нижнего - зоны отпуска от импульсного теплового воздействия. Формируемое покрытие при многократном воздействии электрических разрядов, высокоскоростном нагреве и повышенных скоростях охлаждения имеет крайне неравновесную структуру с высокой неоднородностью состава и градиентное уменьшение твердости от верхнего слоя к нижнему.

Толщина и элементный состав наносимых покрытий зависит от материала электрода и подложки, состава межэлектродной среды и режимов обработки. За счет одновременно действующих механизмов переноса материала с электрода на подложку и катодной очистки (катодного распыления) самой подложки имеет место ограничение толщины наносимого покрытия. Наиболее часто реализуемая толщина покрытия составляет 10-100 мкм. Образуемое покрытие в виде групп точек оптимально имеет шероховатость Ra 3,2-6,3 мкм. Для уменьшения шероховатости покрытий используется шлифование или притирка (доводка) поверхности с удалением части нанесенного материала.

Электроды для ПИО покрытий

В качестве электродов для ПИО покрытий, в основном, используются сплошные проволоки или стержни, получаемые путем проката или спекания. В табл. 1 представлены наиболее часто применяемые материалы электродов и области их применения. При нанесении покрытий могут использоваться композиции слоев с применением разных материалов электродов.

Таблица 1. Электроды для ПИО покрытий

Марка Материал Область применения
РС-01 сплав на железной основе, HRC 35-40 восстановление размеров
РС-02 сплав на железной основе, HRC 45-50 восстановление размеров
РС-03 сплав на никелевой основе восстановление размеров
РС-04 сплав на алюминиевой основе покрытия на алюминиевые сплавы
РС-05 сплав на титановой основе покрытия на титановые сплавы
РС-06 Медь покрытия на медь и медные сплавы
РС-07 Бронза покрытия на медные сплавы
РС-08 Олово оловянирование (лужение)
РС-09 серебро электропроводящие покрытия
РС-10 стеллит, HRC 55-58 износостойкие жаропрочные покрытия
РС-11 стеллит, HRC 60-62 износостойкие жаропрочные покрытия
РС-12 инконель жаропрочные покрытия
РС-13 хастелой коррозионностойкие покрытия
РС-14 колманой износостойкие покрытия
РС-15 сормайт износостойкие покрытия
РС-16 молибден антифрикционные покрытия
РС-17 углерод (графит) цементация, образование карбидов
РС-18 быстрорежущая сталь износостойкие покрытия
РС-19 карбид вольфрама, кобальт упрочнение поверхности, покрытия на инструментальные стали
РС-20 карбид вольфрама, карбид титана, кобальт упрочнение поверхности, покрытия на инструментальные стали

Отличительные характеристики ПИО покрытий

Процесс ПИО покрытий применяется для изменения физико-механических, трибологических и других функциональных свойств поверхности, восстановления износа и устранения поверхностных дефектов, точечной сварки и другого назначения.

Примеры использования ПИО покрытий

Все вышеприведенные примеры эффективного использования ПИО покрытий основаны на применении конкретного оборудования, материалов, технологических режимов, связаны с профессионализмом оператора.

«Плазмацентр» предлагает  

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: office@plasmacentre.ru

 

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.