На современном рынке предлагаются наплавочные материалы в виде прутков, прессованных из оксидов металлов. Поскольку окси­ды получают обычно в виде порошка, для изготовления прутков применяют методы порошковой металлургии. В порошок добавляют связующие, затем прессуют и спекают. Прутковый напыляемый ма­териал, разработанный американской фирмой «Norton», имеет тор­говое название «Rokide». Прутки под этим названием, используемые для газопламенного напыления, поставляют в виде следующих сор­тов, различающихся по составу: «Rkide А» — оксид алюминия (гли­нозем), Rokide ZS» — силикат циркония, «Rokide Z»— диоксид циркония, «Rokide С» — оксид хрома, «Rokide МА» — магнезиаль­ная шпинель.

10.1. ПОРОШКОВЫЕ НАПЫЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

4 *

Некоторые твердые и хрупкие металлы и сплавы для напыле­ния, а также химические соединения, из которых обычными спосо­бами невозможно изготовить проволоку или пруток, могут постав­ляться в виде порошков. Порошковые материалы экономически более выгодны, поскольку изготовление проволоки или прутков из твердых и хрупких материалов требует дорогостоящих специаль­ных способов. Практически любой напыляемый материал можно изготовить в виде порошка.

Плазменное, детонационное и газопламенное напыление некото­рыми материалами. может быть осуществлено только путем исполь­зования порошковых материалов.

Форма, гранулометрический состав, сыпучесть порошковых на­пыляемых материалов оказывают влияние на технологические па­раметры процесса напыления и свойства получаемых покрытий. Размер частиц порошка следует выбирать в зависимости от харак­теристик источника тепловой энергии (горелки) и теплофизических свойств напыляемого материала — температуры плавления, удель­ной теплоемкости, плотности и других параметров.

Применение мелкодисперсного порошка обычно способствует повышению плотности напыляемого покрытия. Недостаток такого покрытия заключается в том, что в нем содержится большое коли­чество оксидов, образовавшихся в результате перегрева частиц при движении в высокотемпературном потоке газа.

При напылении порошка, состоящего из смеси частиц разного

размера, однородность покрытия нарушается из-за большого раз­личия между крупными и мелкими частицами по степени расплав­ления и скорости их движения в напылительной струе. Для напы­ления обычно используют порошки, подобранные по грануляции таким образом, чтобы размеры их не выходили за пределы 44— 74 мкм. В последнее время при напылении мощными плазменными горелками используют мелкие порошки с размером частиц в не­сколько микрометров.

Металлы и сплавы. Ниже перечислены металлы и сплавы, приме­няемые для напыления:

1) алюминий используют для защиты черных металлов от кор­розии; йри нагреве за счет диффузии алюминия в основной металл образуется упрочненный слой, стойкий к окислению при высокой температуре. Плазменное напыление порошка алюминия исполь­зуют для образования электропроводного покрытия;

2) цинк обеспечивает защиту черных металлов от коррозии (в Японии практически не применяют);

3) сплавы цинка с алюминием напыляют для получения анти­коррозионных покрытий. При высоком содержании алюминия (~50%) эти сплавы малопластичны, из них трудно изготовить проволоку волочением, для напыления такие сплавы используют в виде порошка;

4) медь и ее сплавы обычно применяют для наплавки, напыле­нием наносят только электропроводные покрытия;

5) молибден используют в качестве подслоя перед последую­щим нанесением на него желаемого материала. Кроме того, он пригоден для повышения износостойкости и коррозионной стойко­сти к соляной кислоте. Напыление порошка молибдена осущест­вляют плазменным способом;

6) вольфрам — наиболее тугоплавкий из всех металлов. Его необходимо применять в чистом виде при незначительном содер­жании примесей,’ особенно железа. Он интенсивно окисляется на воздухе при сравнительно невысокой температуре. В инертной и восстановительной среде может выдерживать высокую температу­ру. Вольфрамовое покрытие имеет хорошее сцепление с керамиче­скими поверхностями. При плазменном напылении получают воль­фрамовое покрытие, значительно превосходящее соответствующие покрытия, наносимые электролитическим или вакуумным (субли­мационным) способом;

7) коррозионно-стойкая сталь и нихром используют как напы­ляемый материал не только в форме проволоки, но и виде порош­ка, который имеет некоторые специфические особенности. Покрытие из коррозионно-стойкой стали обладает антикоррозионными свой­ствами и износостойкостью. Нихромовые покрытия являются анти­коррозионными и жаростойкими. При напылении керамики и других материалов слой нихрома может быть использован как подслой;

8) прочие сплавы — сплав олова со свинцом (баббит) и анти­фрикционную свинцовистую бронзу можно применять в виде порош­ка и проволоки. Оба сплава используют в подшипниках.

5— 1623

материалы. Для напыления иногда ис­пользуют плакированные порошки, частицы которых состоят из яд­ра— основы размером от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, окруженного плакирующим слоем второго компонента (толщина слоя 2—3 мкм). Частицы плакированного по­рошка показаны на рис. 104 [3].

Плакированные порошки могут быть получены из самых разно­образных материалов, применение которых для напыления обеспе­чивает нанесение композиционных покрытий. Такие материалы, по внешнему виду являясь однородными, представляют собой в сущ­ности механическую смесь различных компонентов. В случае напы­ления отдельных компонентов порошка, входящих в состав покры­тия, оно может разрушиться из-за отсутствия должного сцепления между составляющими смеси, тогда как при использовании плаки­рованного порошка опасность такого разрушения полностью отсут­ствует. Напыление плакированным порошком имеет и другие преи­мущества, связанные, в частности, с повышением коэффициента ис­пользования материала и отсутствием окисления основного компо­нента при напылении, поскольку он защищен плакирующим слоем второго компонента. В процессе напыления плакированным порош­ком под действием высокотемпературной газовой струи происходят экзотермические реакции между компонентами порошка с образова­нием между ними интерметаллического соединения. Теплота экзо­термических реакций способствует повышению прочности сцепле­ния покрытия с основным металлом. К числу сочетаний материалов, склонных к экзотермическим взаимодействиям, в частности отно­сится никель—алюминий. Покрытие из алюминида никеля может успешно работать при высоких температурах (до 650°С), обладая высокой термо — и износостойкостью.

Композиционное покрытие в виде сочетания двух разнородных материалов обладает свойствами, присущими каждому из материа­лов. В частности, плакированный порошок, сочетающий никель с графитом (рис. 105) [3], обеспечивает получение покрытия с хоро­шей обрабатываемостью резанием при удовлетворительной стойко­
сти к эрозионному износу. Композиционное покрытие, содержащее Ni, Сг и А1, обладает стойкостью к окислению в воздушной среде при высокой температуре. Этот композиционный материал. пригоден также для напыления подслоя под керамику. Композиционный ма­териал, сочетающий молибден с алюминием, применяют для нане­сения покрытий на поверхности подшипников скольжения и рестав­рации деталей из углеродистой стали. При этом он обладает высо­кой износостойкостью.

Существуют плакированные порошки, состоящие из кобальт-кар­бида вольфрама*, никель-карбида хрома и др., позволяющие полу­чать износостойкие покрытия, а также порошки, сочетающие никель с фтористым кальцием, оксид никеля с фтористым кальцием, алю­миний или алюминиевую бронзу с полиэфиром для нанесения по­крытий, обладающих низким коэффициентом трения.

Самофлюсующиеся сплавы. Нанесение покрытий из самофлюсу — ющихся сплавов и последующее их оплавление позволяет получить слои без пор и с высокой плотностью. Покрытия из самофлюсую — щихся сплавов можно использовать и без последующего оплавле­ния. Самофлюсующиеся сплавы представляют собой сплавы на ос­нове никеля, хрома и никеля или кобальта, содержащие добавки бора и кремния. Покрытия из этих сплавов обладают высокими из­носостойкостью, коррозионной стойкостью и стойкостью к окисле­нию в воздушной среде при высоких температурах. Из-за низкой пластичности эти сплавы поставляют для напыления в виде по­рошков.

Составы нескольких видов самофлюсующихся сплавов определе­ны

10.2. Свойства покрытий, получаемых напылением

самофлинкующимися сплавами

10.4. Состав самофлюсующихся сплавов, разработанный для наплавки

рельсов, %

Сплавы

Ni

Сг

в

Si

Мо

«

Fe

*

с

Мп

F303

37

13

0.7

2

5

Осталь­

ное

F307

37

13

0.5

2

4.5

»

ж*

Рельсовая

сталь*

———

і

0,1—0,3

0,6—0,75

0,7-1,1

* Рельсовая сталь, выплавленная в кислородном конвертере; масса 1 м рельса равна 60 кг.

па стеллит. Для наплавки используют также порошковые сплавы типа MSFWC, представляющие собой механическую смесь само­флюсующихся сплавов с карбидом вольфрама (20—80%). В табл. 10.3 приведены свойства покрытий, полученных напылением самофлюсующимися сплавами, а в табл. 10.4 — составы самофлю­сующихся сплавов, разработанных для наплавки рельсов [4].