Свойства напыленных покрытий

Напыленные покрытия по своим свойствам значительно отли­чаются от литых металлов. Отличительной особенностью металлизационных покрытий, напыленных любым способом, является их пористость. Пористость покрытия зависит от способа напыле­ния, напыляемого материала, режима его нанесения и от других факторов. При прочих равных условиях наибольшую пористость (15—20%) имеют покрытия, напыленные электродуговым спосо­бом, а наименьшую (5—10%) — покрытия, полученные плазмен­ным напылением. При плазменном напылении покрытия из по­рошкового сплава на основе никеля (ПГ-ХН80СР2) было полу­чено очень плотное покрытие с пористостью 2—5%. Пористость покрытия при всех способах напыления возрастает с увеличением дистанции напыления. Она будет тем ниже, чем более высокую температуру нагрева и скорость полета будут иметь частицы ме­талла при встрече с подложкой и чем меньше они будут окисле­ны. Эти условия в наиболее благоприятном сочетании имеют ме­сто при плазменном напылении. Пористость покрытия при жидко­стном и граничном трении играет положительную роль, так как поры хорошо удерживают смазку, что способствует повышению износостойкости деталей. Однако пористое покрытие имеет пони­женную механическую прочность.

Твердость покрытия является обобщенной характеристикой, определяющей в известной мере его износостойкость. Она зави­сит от многих факторов и прежде всего от опыляемого материа­ла и режима нанесения покрытия.

При газопламенном и электродуговом напылении твердость покрытия увеличивается с увеличением содержания углерода в стальной проволоке. При этом твердость покрытия при газопла­менном напылении выше, чем при электродуговом. Это можно объяснить тем, что при электродуговом напылении имеет место более интенсивное выгорание углерода.

Большое влияние на твердость покрытия оказывает расстоя­ние напыления (рис. III. 5.10). Наиболее твердое покрытие из стали 40 получается при расстоянии напыления 120 мм для элек­тродугового напыления и 150—160 мм для газопламенного. При малом расстоянии напыления твердость покрытия снижается вследствие повышенного нагрева покрытия, а при большом снижается благодаря уменьшению скорости полета частичек метал­ла и увеличению пористости покрытия.

При плазменном напылении на твердость покрытия, кроме со­става напыляемого порошка, большое влияние оказывают пара­метры режима и особенно сила тока дуги и расход плазмообразующего газа (рис. III. 5.11),

Износостойкость напыленных покрытий в условиях трения со смазкой значительно выше, чем износостойкость исходного мате­риала. Это объясняется тем, что пористое покрытие хорошо удер­живает смазку и поэтому снижает коэффициент трения.

Наибольшую износостойкость имеют покрытия, напылен­ные износостойкими порошками-сплавами на основе никеля ПГ-ХН80СР2, а также сплавом ПГ-У30Х28Н4С4. Износостойкость покрытия, полученного плазменным напылением сплава ПГ-У30Х28Н4С4, превышает в 1,5—2 раза износостойкость об­разцов из стали 45, закаленной до твердости HRC 58—62.

Механическая прочность по­крытия значительно ниже проч­ности исходных материалов, применяемых при напылении. При напылении стальных покры­тий, предел прочности их на растяжение составляет при раз­личных способах металлизации 150—250 МПа.

Наибольшую прочность имеют покрытия, по­лученные способом плазменного напыления. Прочность сцепления покры­тия с подложкой является од­ним из основных параметров, позволяющих определить воз­можность применения напыле­ния при восстановлении деталей. В зависимости от метода подго­товки поверхности детали к на­пылению, способа напыления и состава напыляемого материала прочность сцепления покрытия с подложкой на отрыв состав­ляет 15—50 МПа.

Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает метод подготовки поверхности детали к напылению. Чем более шероховатой будет поверхность ремонтируемой детали, тем выше - будет прочность сцепления покрытия с подложкой.

Прочность сцепления покрытия с поверхностью детали в ос­новном определяется температурой нагрева и скоростью полета металлических частиц в момент удара их о подложку. Так, при нанесении покрытия из стали 45 на стальной образец, подготов­ленный к покрытию дробеструйной обработкой, прочность сцеп­ления на отрыв составляет: при газопламенном напылении 15—16 МПа, при электродуговом — около 30 МПа. При плаз­менном напылении прочность сцепления покрытия из порошкового сплава ПГ-У30Х28Н4С4, нанесенного на образец из стали 45, подвергнутого дробеструйной подготовке, еще выше и составляет 40—45 МПа. Более прочное сцепление покрытия с подложкой при злектродуговом и плазменном напылении объясняется более вы­сокой температурой нагрева частиц. При всех способах напыле­ния отмечено снижение прочности сцепления покрытия с подлож­кой при увеличении расстояния напыления свыше 80—100 мм, когда температура металлических частиц и скорость их полета значительно понижаются.

Прочность сцепления покрытия с поверхностью детали может быть повышена путем напыления на деталь подслоя из тугоплав­ких металлов, например, молибдена с температурой плавления 2620°С. Повысить прочность сцепления можно также при напыле­нии в среде защитных газов или в вакууме.

Усталостная прочность деталей при их напылении почти не снижается, если при подготовке деталей к напылению применять методы создания шероховатости, не оказывающие влияния на усталостную прочность деталей.

К таким методам относятся дробеструйная обработка и на­катка поверхности деталей зубчатым .роликом. Эти методы под­готовки обеспечивают высокую прочность

сцепления покрытия с поверхностью детали и в то же время не снижают усталостной : прочности деталей.

Ранее применявшиеся Методы подготовки поверхности деталей к напылению нарезанием «рваной» резьбы и электроискровая об­работка, как показали исследования, снижают предел выносли­вости деталей и поэтому в настоящее время не применяются.