Разработка проекта стандарта организации процесса плазменного нанесения покрытий

Порошки должны соответствовать  паспортным данным по гранулометрическому, химическому составу и физико-химическим свойствам. Материалы должны храниться  в соответствии с нормативно-технической  документацией на каждый конкретный материал.

Перечень нормативно-технической документации на применяемый материал указан в приложениях А и Б.

6.1.4 Грануляция порошкового материала 40-100 мкм. Конкретные значения гранулометрического состава порошков устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических особенностей изделий и требований к покрытиям.

6.1.5 Проволока для напыления  должна быть чистой и гладкой  без видимых невооруженным глазом  следов коррозии, вмятин, резких  перегибов, заусенцев и расслоений. Допустимы дефекты проволоки,  не влияющие на стабильность работы оборудования и технологический процесс напыления.

6.1.6 При необходимости  проволока перед распылением  должны быть расконсервирована  по ГОСТ 9.014 или обезжирена моющими  средствами или органическими  растворителями по ГОСТ 9.402. Применяемые моющие растворы не должны вызывать травление и коррозию проволоки.

6.2 Требования к газам

6.2.1 В качестве рабочих  газов при плазменном напылении   покрытий можно использовать  газы: азот технический или особой  чистоты по ГОСТ 9293, аргон по  ГОСТ 10157, водород технический по ГОСТ 3022, сжатый воздух по ГОСТ 17433.

6.2.2 Методы измерения  загрязненности сжатого воздуха  – по ГОСТ 24484.

7 Подготовка поверхности детали к напылению

7.1 Подготовку поверхностей  деталей к плазменному напылению,  хранению и транспортированию подготовленных деталей необходимо проводить в помещении при температуре воздуха не ниже 16̊С и относительной влажностью не выше 75%. Наличие в воздухе коррозионно-активных веществ, вызывающих коррозию деталей, не допускается.

7.2 Перед напылением поверхность деталей необходимо подвергнуть струйно-абразивной обработке.

7.3 Перед струйно-абразивной  обработкой поверхности деталей  должны быть обезжирены моющими  составами или органическими  растворителями по ГОСТ 9.402 и ГОСТ 9.305. Детали из пористых материалов перед обезжириванием, в случае необходимости, подвергают термическому обжигу.

7.4 Сжатый  воздух, предназначенный для струйно-абразивной обработки и обдувки деталей,  должен быть очищен и соответствовать нечетному или нулевому классу загрязненности, но не выше 9-го класса по ГОСТ 17433-80.

Наличие в  сжатом воздухе воды и минерального масла определять направлением струи  воздуха на поверхность зеркала  в течение 3-х минут. Расстояние от торца шланга до поверхности зеркала  устанавливать 50-100 мм. На зеркальной поверхности не допускаются матовый налет и пятна от капель влаги и масла.

7.5 Необходимо избегать  струйно-абразивной обработки поверхностей, не подлежащих нанесению защитного  покрытия, что может обеспечиваться  использованием специальных экранов.

7.6 Время между струйно-абразивной обработкой и нанесением покрытия должно быть минимальным, но не должно превышать 10 часов для нержавеющих сталей и сплавов. При увеличенном разрыве во времени пескоструйную обработку повторить.

7.7 Предварительная обработка поверхности детали, изделия (основного металла) к напылению, а также сам процесс напыления, может предусматривать выполнение целого ряда операций (рисунок 1). Обязательность выполнения каждой операции определяют в зависимости от материала детали, его геометрии, назначения покрытия и указывают в нормативно-технической документации.

7.8 Нанесение покрытий  на детали производится установками  плазменного напыления типа УПУ-8М,  УМП-6, УАП-8 или другими, оснащенными  специализированными манипуляторами  для поддержания стабильности линейного перемещения и угла падения плазменной струи на напыляемую поверхность в пределах 5% от задаваемых режимом напыления номинальных значений.

 

 

 

Рисунок 1 – Схема процесса плазменного напыления

 

7.9 При напылении покрытий  большой толщины (более 1,0 мм), подвергаемых высоким нагрузкам  или в обоснованных случаях,  возможна специальная механическая  обработка основного металла вместо струйно-абразивной (насечка, накатка, рваная резьба, электроискровая обработка и т.п.).

7.10 Поверхности деталей,  не предназначенные к напылению,  должны быть защищены экранами  или накладками, а отверстия изолированы  винтами или заглушками от  напыления.

7.11 Параметры шероховатости R_z поверхностей деталей, подготовленных под напыление, должны соответствовать значениям от 20 до 160 мкм по ГОСТ 2789. В обоснованных случаях могут устанавливаться другие значения шероховатости поверхности.

7.12 Непосредственно перед нанесением покрытия произвести:

- входной контроль порошков и подготовку поверхностей под напыление;

- сушку порошков по режиму Т=150-200 ºС в течение 1,5-2 часов в сушильном шкафу;

- просев порошков через сито 0,1 мм;

- экранирование поверхностей не подлежащих напылению;

- контроль толщины образцов свидетелей с регистрацией значений;

- сборку и крепление образцов-свидетелей в оснастку.

8 Режимы напыления

8.1 Напряжение на дуге при напылении покрытий должно быть 50-55 В, сила тока – 300-500 А.

8.2 Угол наклона напыляющего устройства к поверхности напыления должен быть не менее 45º.

8.3 Дистанция напыления должна быть от 50 до 250 мм в зависимости от размеров, формы материала деталей и материала напыления.

Скорость напыления 8-15 мм/с.

8.4 Расход применяемых материалов должен лежать в пределах: порошка – (5-20) см³/мин; рабочих газов – (30-35) л/мин при давлении 4 кгс/см³; транспортирующего газа – (3-4) л/мин.

8.5 При напылении покрытий температура деталей не должна превышать 200-300̊С, а температура термообработанных и упрочненных деталей не более 100̊С.

Для охлаждения деталей  от перегрева (в случае напыления  покрытий толщиной более 0,6 мм и деталей небольших размеров) их необходимо обдувать сжатым воздухом, инертным газом или применить другую охлаждающую среду со стороны поверхности, обратной поверхности

8.6 Напыленные покрытия в зависимости от режима эксплуатации могут подвергаться пропитке. Пропитка плазменных покрытий используется при эксплуатации деталей с покрытиями во влажных или специальных химических средах в условиях, когда на поверхности покрытия происходит конденсация жидких пленок.

В зависимости от требований к шероховатости внешнего поверхностного слоя покрытия оно после пропитки и высыхания лака может подвергаться механической обработке шлифованием кругами или другими методами поверхностной обработки. После проведения механической обработки произвести повторное нанесение лака.

8.7 Защитное покрытие, не удовлетворяющее требованиям настоящего стандарта, может быть удалено механическим способом струйно-абразивной обработкой с последующим нанесением нового покрытия.

Повторное нанесение  покрытия должно быть зафиксировано  введением нового регистрационного номера процесса напыления, соответствующей  записью в сертификате на изделие.

9 Требования к покрытию

9.1 Покрытие должно быть равномерным по толщине, сплошным, без частиц нерасплавленного материала, без трещин, отслоений (вздутий), сколов и следов местной коррозии.

9.2 Толщина покрытия  должна лежать в пределах 0,1-0,8мм.

9.3 Покрытия наносят параллельными перекрывающимися полосами, со смещением начального положения напыляющего устройства на расстояние, обеспечивающее минимальную разнотолщинность слоя, до заданного значения толщины покрытия.

Толщина каждого слоя напыления за проход должна быть не более 0,15 мм.

9.4 Для увеличения прочности сцепления покрытия с основным металлом детали проводят напыление подслоя.

Толщина подслоя при  плазменном напылении должны быть не менее 0,15 мм.

9.5 Максимально допустимая толщина напыленного покрытия при упрочнении и восстановлении поверхности детали не должна превышать: 0,8 мм для металлических покрытия и 0,6 мм для керамических.

9.6 Прочность сцепления  покрытия с деталью не менее  24 H/мм².

Пористость покрытия не должна превышать 2-16%.

9.7 Шероховатость R_a  второго слоя покрытия не должна превышать 9мкм. В случае получения более высоких значений R_a или более высоких требований по шероховатости в технологическом процессе предусматривается проведение последующей механической обработки для достижения нужного уровня шероховатости.

9.8 Толщину покрытия на деталях необходимо устанавливать с учетом допуска на механическую обработку (точение, шлифование, полирование и т.п.) для обеспечения необходимых размеров и чистоты обработки поверхности.

Толщина покрытия, не подлежащего последующей механической обработке после напыления, устанавливается в соответствии с пунктом 9.2 настоящего стандарта, а покрытия, подвергаемого механической обработке после напыления, увеличивается на величину удаляемого слоя.

10 Методы контроля напыления.

10.1 Контроль качества покрытий по показателям раздела 9 должен проводиться на готовых деталях (изделиях) или образцах-свидетелях, изготовленных из того же материала, с такими же свойствами, что и деталь, при тех же параметрах технологического процесса подготовки поверхности детали и напыления покрытия, что и контролируемая деталь (изделие).

10.2 В качестве вспомогательного использовать следующее оборудование и инструменты:

- мерительный  инструмент – микрометр, штангенциркуль, транспортир, линейка;

- профилометр  для замера шероховатости поверхности;

- ротаметр  для замера расхода газов;

- манометр  для измерения давления газа;

- мензурка  и секундомер для определения  расхода порошкового материала;

- вольтметр для замера напряжения;

- амперметр для замера силы тока;

- металлографический  микроскоп для определения гранулометрического состава порошка;

- микротвердомеры;

- индикатор  для определения скорости напыления.

Основное  и вспомогательное оборудование, приборы и инструмент  должны иметь технические паспорта и быть аттестованы.

10.3 Внешний вид покрытия контролируют визуально на 100% изделия, контроль проводят на рабочих местах с освещенностью не менее 300 лк при освещении люминесцентными лампами и не менее 150 лк при освещении лампами накаливания. На поверхности покрытий не должно быть внешних включений, трещин, отслоений и сколов. Оборудование, применяемое для контроля внешнего вида покрытий - лупа. Допустимое значение по результатам контроля – 100% соответствие.

10.4 Металлографический анализ качества нанесенного покрытия производить на поперечных шлифах при увеличении 200-500 крат, вырезанных из образцов-свидетелей. Шлифы вырезаются из образца свидетеля на расстоянии не менее 5 мм от края.

На шлифах контролируется структура покрытия и наличие дефектов, измеряется толщина покрытия и отдельных слоев, их микротвердость и пористость. Структура покрытия должна соответствовать структуре эталонных образцов. Покрытие не должно содержать трещин, отслоений. Количество  непроплавленных напыляемых частиц не должно превышать 3%.

10.5 Толщину напыленного покрытия измеряют универсальным или специальным измерительным инструментом по базовым точкам на поверхности детали после напыления и (или) механической обработки.

Толщину покрытий на изделиях из чугуна, углеродистой и назкоуглеродистой стали, с большой площадью поверхности, контролируют по ГОСТ 9.304.

Для деталей сложной  конфигурации, где невозможно использование  измерительного инструмента, рекомендуется  толщину покрытия контролировать металлографическим методом на образцах-свидетелях по ГОСТ 9.304.

10.6 Микротвердость покрытий определяют по ГОСТ 9450, а твердость по Виккерсу – по ГОСТ 2999.

10.7 Износостойкость покрытий определяют по ГОСТ 17367.

10.8 Пористость покрытий определяют методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898 и ГОСТ 9.304.

10.9 Прочность сцепления покрытия с основным металлом (деталью) на отрыв, определяют клеевым методом по ГОСТ 9.304 или штифтовым методом на образцах-свидетелях. 

10.10 Испытания покрытий на коррозионную стойкость определяют по ГОСТ 9.308 или другим методом ускоренных испытаний.

10.11 Специальные свойства покрытий в зависимости от их назначения следует контролировать по стандартам  методикам, оговоренным в нормативно-технической документации.

11 Правила приёмки

11.1 Приёмка деталей с покрытием производится на основании следующих результатов контроля:

-  внешнего вида  и шероховатости поверхности  покрытий - сплошного;

-  химического состава  первого и второго слоя покрытий - выборочного (при входном контроле  по сертификату партии порошков);