В качестве исходных веществ для получения покрытия на основе оптимизированного состава карбидов, нитридов и оксидов кремния целесообразно использовать металлоорганические и органические соединения в жидком состоянии, которые и применяются для ФПУ. Расход технологических препаратов при односменной работе установки не превышает 0,5 л/го д. Одной из основных особенностей ФПУ, связанных с повышенными скоростями охлаждения осаждаемого покрытия и наличием элементов - аморфизаторов, является аморфное состояние наносимого покрытия. Известно, что в аморфных материалах отсутствуют дефекты, характерные для кристаллических тел. В них нет границ зёрен, дислокаций, их структура гомогенна, диффузия по вакансиям более затруднительна, они изотропны. Аморфные покрытия применяются в качестве барьерных плёнок, предотвращающих быструю диффузию, пассивирующих плёнок, повышающих коррозионную стойкость материалов и препятствующих коррозионному растрескиванию под напряжением и водородному охрупчиванию.

Наносимое покрытие при ФПУ повторяет профиль подложки и формируется в виде оптически прозрачной плёнки, которая на полированной поверхности даёт интерференционную картину с радужными оттенками от фиолетово-голубого до зелено-красного цвета в зависимости от толщины покрытия. Повышенная адгезионная прочность покрытия при ФПУ, исследованная с использованием метода вдавливания алмазного конического индентора в тело образца и оценки характера разрушения вокруг отпечатка, основана на образовании химической связи с граничным активированным слоем поверхности подложки, который в случае нанесения покрытия на инструментальные материалы состоит из оксидов железа.

Субмикрорельеф рабочих поверхностей образцов, исследовавшийся на просвечивающем   электронном   микроскопе ЭММА-2 методом углеродно-серебряных реплик, показал высокооднородную характерную топографию, присущую поверхностям после ФПУ (в то время как субмикрорельеф поверхностей до ФПУ имеет явно выраженные многообразные следы - риски и дефекты от предшествующей абразивной обработки). Изменение топографии поверхности после ФПУ является подтверждением того, что покрытие осаждается на микродефектах поверхности, залечивая тем самым дефектные зоны, образованные при предшествующей шлифовальной операции.

Наносимое покрытие, являясь диэлектриком и химически инертным материалом, образует плёночный барьер, препятствующий схватыванию контактируемых поверхностей. Кроме того, это покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью и жаростойкостью, что подтверждается длительными испытаниями образцов на воздушную коррозию при температурах до 1000-1200°С. Изделия с нанесённым покрытием имеют уменьшенные значения радиуса закругления выступов, высотных и шаговых параметров шероховатости поверхности. Анализ влияния наносимого алмазоподобного покрытия при ФПУ на изменение параметров шероховатости поверхностей по международному стандарту EN ISO 13565-2:1996 доказал, что процесс ФПУ ведёт к повышению несущей площади поверхности и её износостойксти по критерию Rpk+Rk.

Максимальная надёжность оборудования для ФПУ обеспечивается использованием систем диагностирования в реальном масштабе времени динамических параметров процесса, определяющих качество получаемых покрытий. Другой активно применяемой плазменной технологией является процесс заварки дефектов пресс-форм и другой технологической оснастки, реализуемый с использованием установок для микроплазменной сварки. При этом данный класс оборудования может применяться как в режиме наплавки с присадочным материалом в виде проволоки или прутка, так и в режиме оплавления заранее нанесённого покрытия. Данными методами могут устраняться поверхностный износ, брак за счёт занижения размеров и различные дефекты (сколы, трещины, вмятины, выкрашивания, задиры, царапины, забоины, запилы, поры, раковины и др.).

Процесс микроплазменной заварки дефектов может осуществляться непрерывной или импульсной дугой или плазменной струёй. В качестве присадочного материала используется проволока диаметром от 0,5 мм различных составов. Перед процессом наплавки необходимо произвести очистку зоны наплавляемой поверхности от загрязнений. Для хромированных поверхностей эти зоны необходимо зачистить, например, шлифовальным кругом. В случае поверхностных дефектов требуется произвести разделку кромок дефектных зон под наплавку.

При использовании микроплазменной установки в режиме оплавления первоначально обеспечивается нанесение порошкового покрытия любым газотермическим методом. Локальность нанесения порошкового материала обеспечивается за счёт использования специальных масок. Процесс оплавления для защиты от окисления поверхности осуществляется с использованием смеси аргона с парами жидкого специального препарата. Такая газовая смесь уменьшает пористость покрытия, обеспечивает сохранение содержания углерода в наплавленном металле, улучшает внешний вид поверхности, делая её чистой, гладкой, с плавными переходами. После оплавления порошкового покрытия материал, расплавляясь, заполняет места дефектов. Микроплазменное оплавление поверхности не требует предварительного нагрева всего изделия. Нанесённое покрытие после оплавления может иметь твёрдость от 40 до 60 HRC. Преимущество использования такой технологии обеспечивается за счёт отсутствия оплавления поверхности основного материала и локальности оплавления только нанесённого покрытия. При этом обеспечиваются минимальные зоны термического влияния и деформации основного металла. Данная технология заварки обеспечивает минимальный припуск для последующей абразивной обработки.

Поверхности, на которых после восстановления геометрических размеров отсутствует хромовое покрытие, могут быть упрочнены с использованием процесса ФПУ. Использование рассмотренных ресурсосберегающих плазменных технологий способствует снижению количества покупаемых и изготавливаемых деталей, увеличению производительности труда за счёт уменьшения времени простоев оборудования для переналадки и настройки, уменьшению количества брака при производстве изделий.

Тополянский П.А., к.т.н., ген. Директор НПФ «Плазмацентр», Санкт-Петербург

Мир Пластмасс