Способы нанесения керамического покрытия

Керамическое покрытие как способ защиты поверхностей

В данной статье разберем, что представляет собой керамическое покрытие, его назначение, область применения и методы нанесения.

Керамическое покрытие предназначено для защиты металлических поверхностей от коррозии, износа, механических и термических нагрузок. Данный вид обработки используется в автомобилестроении, атомной энергетике, медицине, аэрокосмической отрасли, для тюнинга автомобильной и мототехники.

Виды покрытий

Выделяют следующие виды покрытий:

Керамические покрытия относятся к жаро- и износостойким. Они также подходят для антикоррозионной обработки металлических поверхностей.

Материалы, используемые для создания керамического слоя, обладают высокой температурой плавления и низким коэффициентом теплопроводности. Помимо этого, они не разрушаются под воздействием смазочных материалов, топлива и химикатов, защищают от износа и коррозии, выдерживают воздействие высоких и очень высоких нагрузок.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY также относятся к износостойким видам покрытий.

Покрытия изготавливаются на основе неорганических и органических связующих с добавлением твердых смазочных веществ: фторидов бария и кальция, нитрида бора, дисульфида вольфрама, дисульфида молибдена, политетрафторэтилена, поляризованного графита.

АСТП образуют на поверхностях полимерный слой, который представляет собой связующую смолу, в которой равномерно распределены частицы твердых смазочных веществ. Они заполняют микронеровности поверхностей, увеличивая их несущую способность и опорную площадь.

Покрытия обладают малым сопротивлением сдвигу и высоким сопротивлением сжатию, благодаря чему коэффициент их сухого трения составляет всего несколько сотых при контактных давлениях, соответствующих пределу текучести материала основы.

Такие составы работают в условиях радиации и вакуума, устойчивы к воздействию агрессивных химикатов, имеют высокие противозадирные свойства, а их несущая способность может составлять до 2500 МПа. После высыхания покрытия представляют собой сухой и скользкий смазочный слой, благодаря чему покрытия можно использовать для обслуживания узлов, эксплуатируемых в запыленной среде. Диапазон рабочих температур этих материалов составляет от -200 °C до +560 °C.

Нанесение покрытий осуществляется традиционными методами окрашивания. Поэтому внедрение технологии твердых смазок MODENGY не потребует существенных затрат на приобретение нового оборудования.

Зачем нужно керамическое покрытие?

Керамические покрытия впервые были использованы в аэрокосмической промышленности. Их применяли в газотурбинных двигателях для обработки лопаток турбин. Эти элементы работают в условиях высокого эрозионного и коррозионного износа, а также при постоянных перепадах температуры. Лопатки также должны выдерживать термонагрузки, возникающие при сгорании топлива.

КПД двигателя зависит от температуры в камере сгорания: чем она выше, тем больше коэффициент полезного действия агрегата. Поэтому производители для увеличения мощности и КПД силовых агрегатов повышали температуру газа, а для производства некоторых деталей двигателей использовали высокотехнологичные сплавы и покрытия.

Лопатки производятся из специальных сплавов на основе большого количества легирующих добавок. Такие изделия могут работать в тяжелых условиях эксплуатации, но без керамического покрытия они разрушаются буквально за несколько минут. К примеру, температура газа перед турбиной в двигателях АЛ-31Ф, используемых на самолетах СУ-35 IV поколения составляет до +1700 °C. В двигателях АЛ-41Ф1 на самолетах СУ-35 V поколения эта температура может превышать +2000 °C.

Благодаря керамическому покрытию обеспечивается защита деталей газотурбинных двигателей от износа и коррозии, а также увеличивается их прочность и снижается температура на поверхностях. В зависимости от метода нанесения и толщины слоя и состава керамики температуру поверхности можно снизить до 35 %.

После успешного применения керамических покрытий в аэрокосмической отрасли их начали использовать в мото- и автоспорте, для тюнинга автомобилей и т.д.

Где применяются керамические покрытия?

Эксплуатационные характеристики керамических покрытий позволяют применять их:

В атомной энергетике для обработки систем охлаждения, элементов реакторов, хранилищ отработанного ядерного топлива

В автомобилестроении для обработки элементов ходовой части, колесных дисков, АБС, деталей ДВС и т.д.

В медицине для обработки частей механизированных протезов и медицинских приборов

В металлообработке в качестве финишного покрытия для увеличения срока службы и прочности изделий

В оборонно-промышленном комплексе для обработки прицелов, корпусов аппаратуры, изготовления специальных изделий

В быту для создания износостойкого слоя определенного цвета на элементах декора, посуде и прочих бытовых изделиях

Для тюнинга автомобиля для обработки корпусов турбокомпрессоров, выпускных коллекторов, днищ поршней ДВС и других деталей

Способы нанесения

Наиболее распространенный способ нанесения керамического покрытия на поверхности – газотермическое напыление. Оно представляет собой все возможные процессы напыления покрытий из проволоки, прутка или порошка. Эти материалы подаются в зону высокой температуры и распыляются посредством сжатого воздуха или струи газа. Образованные частицы очень малого размера двигаются на большой скорости и, попадая на поверхность, образуют защитный слой.

В настоящее время используются 3 основных способа газотермического напыления:

Порошковое газопламенное напыление

Металлизация из проволоки

Плазменное напыление порошков

Для металлизации используется металлическая проволока, которая подается в ацетиленкислородное пламя или электрическую дугу. При нагреве до температуры плавления проволока, находящаяся в струе газа или сжатого воздуха, преобразуется в частицы и подается на обрабатываемую поверхность. Так образуется слой покрытия.

Газопламенное напыление порошков похожу на металлизацию. Но здесь есть один нюанс – невозможность образование проволоки из некоторых материалов, например, керамических составов, термореагирующих сплавов и различных порошков. Эти материалы подаются в ацетиленкислородное пламя, откуда поступают на поверхность и образуют слой покрытия. Данный способ нанесения используется, когда нет возможности произвести обработку поверхности деталей в стационарных условиях или она нецелесообразна.

Плазменное напыление позволяет получить высококачественное покрытие практически из любых материалов: от баббитов, температура плавления которых составляет около +300 °C, до тугоплавких карбидов, оксидов, нитридов, температура плавления которых – свыше +3300 °C.

Процесс нанесения керамического покрытия

Керамические покрытия наносятся в 3 этапа.

Первый включает в себя подготовку поверхности. Детали подвергают пескоструйной обработке, продувке и обезжириванию. Это нужно для увеличения адгезии будущего покрытия, удаления загрязнений и прочих дефектов.

Затем производится грунтование поверхностей с применением специальных праймеров. Эти материалы предотвращают окисление и образование трещин на основном слое покрытия вследствие воздействия нагрузок и термического расширения. Праймер также увеличивает адгезию будущего покрытия.

На последнем этапе происходит нанесение керамического покрытия. В зависимости от выбранного материала различается технология нанесения, но наиболее используемый способ – газопламенное или плазменное напыление порошков, обладающих высокой прочностью и тугоплавкостью. Расплавленное покрытие попадая на поверхность «спаивается» с ней. Даже при удалении такого слоя на металлической поверхности останутся микрократеры, которые можно различить невооруженным глазом.

Источник

Керамическое покрытие. Свойства, преимущества и возможные альтернативы

Смотрите также

Керамическое покрытие наносится на металлические поверхности в целях их защиты от термических и механических повреждений, коррозии, преждевременного износа. Такие покрытия широко применяются в автомобилестроении, аэрокосмической промышленности, атомной энергетике, медицине.

Обработка керамическим покрытием – одна из распространенных операций при тюнинге мотоциклов и автомобилей.

Разновидности керамических покрытий

В зависимости от предназначения и сферы применения выделяют износостойкие, жаропрочные, антикоррозионные, оптические, уплотнительные, декоративные, электропроводящие и электроизоляционные керамические покрытия.

Износостойкими и жаропрочными являются, по сути, все перечисленные виды. Используются они, в том числе, и для антикоррозионной обработки поверхностей.

Эти материалы обладают низкой теплопроводностью и высокой температурой плавления, выдерживают очень большие нагрузки и не разрушаются под действием химически агрессивных сред (топлива, масел, смазок и др.).

По степени износостойкости с керамическими составами способны конкурировать только антифрикционные твердосмазочные покрытия.

На поверхностях они формируют тонкий (до 20 мкм), но прочный композиционный слой, состоящий из мелкодисперсных частиц твердого смазочного материала. В результате заполнения микронеровностей увеличивается опорная площадь сопряженных поверхностей, максимально снижается коэффициент их трения и износа.

Более 16 видов покрытий выпускает российская компания «Моденжи». Материалы MODENGY на основе дисульфида молибдена, поляризованного графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ), дисульфида вольфрама, нитрида бора, фторидов кальция и бария используются в самых различных отраслях промышленности, применяются при обслуживании автомобилей и техники наряду с другими материалами.

Благодаря высокому сопротивлению сжатию и малому сопротивлению сдвигу покрытия MODENGY имеют очень низкий коэффициент сухого трения – всего несколько сотых при контактных давлениях, равных пределу текучести материала основы.

Эти материалы обладают высокими противозадирными свойствами, несущей способностью до 2500 МПа. Они устойчивы к химически агрессивным средам, экстремально низким и высоким температурам (-200… +560 °C), условиям радиации и вакуума.

После полимеризации антифрикционные покрытия образуют на обработанных поверхностях сухую нелипкую пленку, что особенно важно для деталей, работающих в запыленных средах.

Области применения керамических покрытий

Впервые керамические покрытия начали использовать в аэрокосмической отрасли – для лопаток газотурбинных двигателей, подверженных усиленному коррозионному и эрозионному износу из-за постоянных перепадов температур.

Чтобы повысить КПД и мощность газотурбинных двигателей, температуру газа в камере сгорания специально повышали, а некоторые элементы (в том числе лопатки), изготовленные из высокопрочных легированных сплавов, дополнительно покрывали защитными материалами.

Температура газа перед турбиной двигателей некоторых самолетов достигает +2000 °C и выше – в таких условиях повысить прочность деталей и защитить их от разрушения может только керамическое покрытие. В зависимости от состава, толщины слоя и метода нанесения оно позволяет снизить температуру на поверхностях до 35 %.

Сегодня керамические покрытия широко используются не только в аэрокосмической отрасли, но и в других сферах.

В атомной энергетике их применяют для обработки элементов реакторов, систем охлаждения, хранилищ отработанного ядерного топлива.

В оборонно-промышленном комплексе керамическими составами покрывают корпусы аппаратуры, элементы оружия, специальные изделия.

Покрытия, используемые в металлообработке, увеличивают прочность и срок службы деталей.

В автомобилестроении керамическими материалами обрабатывают компоненты двигателей, АБС, колесных дисков, ходовой части, в медицине – приборы и части протезов.

В бытовой сфере с помощью керамических покрытий создают износостойкий слой нужного цвета на посуде, элементах декора и других предметах.

В процессе тюнинга авто- и мототехники ими обрабатывают кузовы, днища поршней двигателя, выпускные коллекторы, корпусы турбокомпрессоров и другие детали.

Способы нанесения покрытия

Керамические покрытия наносятся на металл четырьмя основными способами:

• Эмалированием
• Газопламенным напылением
• Парафазным методом
• Плазменным методом

Эмалирование – наиболее старый способ нанесения покрытия. Керамическое сырье подбирается к металлу в соответствие с его составом. Для получения готовой массы (шликера) сырье измельчают, расплавляют и обогащают добавками. Шликер накладывают на подготовленные поверхности, после чего обжигают в печи. Готовые эмалированные изделия обладают отличной устойчивостью к коррозии и окислению.

При газопламенном методе нанесения покрытия керамический порошок или стержень накладывают на металлическую основу (окись алюминия, окись циркония и другие тугоплавкие окислы) и подвергают воздействию пламени кислородно-ацениленовой горелки. В результате керамическая масса расплавляется, охватывает поверхности и образует на них защитное покрытие.

Порошок может подаваться также с помощью сжатого воздухом из наклонно расположенного питателя. При этом происходит механическое сцепление керамической массы с металлом, покрытие имеет микропористую и слоистую структуру, прочность слоя на растяжение составляет 25-70 кг/см2 при толщине 0,3 мм.

Парафазное нанесение керамики – весьма продолжительная операция. На получение слоя толщиной всего 0,0002-0,001 мм уходит около часа. Покрытие, полученное таким способом, обычно имеет пористую структуру.

Плазменный метод используется для обработки термостойких металлов, так как процесс получения плазмы огня происходит при температуре 15000 °С (в момент возникновения вольтовой дуги).

Выбор той или иной технологии нанесения керамического покрытия зависит, в основном, от обрабатываемого материала.

Сегодня чаще всего используются плазменное или газопламенное напыление, при которых расплавленный керамический порошок практически «спаивается» поверхностью металла.

После удаления такого покрытия остаются микрократеры, заметные невооруженным глазом.

Перед нанесением керамического покрытия поверхность обязательно очищается (например, пескоструйным методом) и обезжиривается. Удаление загрязнений и дефектов позволяет максимально повысить адгезию будущего покрытия.

После очищения и обезжиривания поверхность грунтуется специальными праймерами, препятствующими появлению окислению покрытия, а также появлению на нем трещин из-за высоких температур и нагрузок.

Присоединяйтесь

© 2004 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Источник