Плазменное напыление. 
Технология конструкционных материалов. 
Обработка концентрированными потоками энергии

Плазменное напыление отличается от плазменной наплавки тем, что наносимый материал нагревается внутри самого плазмотрона, а затем осаждается на подложку. При этом температура подложки может меняться в широком диапазоне. Существуют две основные разновидности процесса:

• а) напыление металла, подаваемого в плазмотрон в виде прутка или проволоки;
• б) напыление материала, подаваемого в плазмотрон в виде порошка (оксиды, нитриды, карбиды и др.).

Плазменным напылением обычно получают слои малой толщины (10'⁶…10'³ м), причем прочность сцепления напыленного материала с основным может быть различной. Можно даже получать так называемые корковые изделия, состоящие только из напыленного материала. Для увеличения прочности сцепления напыляемых частиц с подложкой обычно стремятся повысить степень химического взаимодействия покрытия с подложкой, чего обычно достигают предварительным подогревом заготовки и созданием промежуточных химически активных слоев.

Металлические покрытия, получаемые с помощью плазменного напыления, чаще всего состоят из вольфрама, молибдена, ниобия, кобальта, никеля и других металлов и сплавов с достаточно высокой температурой плавления. Производительность процесса может достигать нескольких килограммов напылямого материала в час, а плотность напыленного слоя обычно составляет 80…90% от плотности монолитного слоя. Может производиться последующая термообработка, тогда плотность напыленного слоя будет несколько выше. Тонкие (до 0,1…0,3 мм) напыленные слои имеют большую плотность и лучшее сцепление, чем более толстые. Для деталей, работающих при высоких температурах в газовых потоках, применяется напыление жаростойких металлов и сплавов. Для повышения коррозионной стойкости конструкций применяют напыление никеля и кобальта.

Оксидные покрытия отличаются высокой жаростойкостью и сравнительно низкими показателями теплои электропроводности. Их, в основном, используют в качестве защитных покрытий. Для этих целей чаще всего используют оксиды алюминия и циркония, подаваемые в плазменную струю в виде порошков. Таким напылением повышают стойкость кокилей и изложниц для литья; износостойкость, например, фильер для протягивания молибденовых прутков при напылении увеличивается в 5…10 раз. Покрытия из оксида алюминия широко применяются в качестве нагревостойких электроизоляционных материалов для термопар, горелок, элементов радиоламп.

Одной из разновидностей процесса плазменного напыления является ионная технология нанесения покрытий с помощью плазменных ускорителей. Схема такого процесса изображена на рис. 26.

Рис. 26. Схема ионного нанесения покрытий с помощью плазменного ускорителя.

В соответствии с этой схемой материал покрытия получается путем испарения в вакууме водоохлаждаемого катода 1. Затем его ионизируют в электрическом разряде и превращают в плазму 2, которая с помощью электромагнитного поля ускоряется и фокусируется по направлению к обрабатываемой поверхности 3. Значительная энергия, которую можно сообщить ионам в плазме, позволяет внедрять их в обрабатывамые поверхности и получать прочные поверхностные покрытия.

Ионная технология плазменного напыления позволяет получать покрытия сложного химического состава, например, из оксидов, карбидов и нитридов металлов. Такие покрытия образуются при протекании химических реакций вследствие добавления в ионные потоки металла газов (кислорода, ацетилена, азота). В промышленности такая технология используется для увеличения срока службы металлорежущего инструмента и штампов (в 2…5 раз).

Плазменным формированием деталей с помощью напыления получают тонкостенные детали и зоготовки сложной геометрической формы из труднообрабатываемых материалов, например, вольфрама, молибдена и др. Материал напыляют на оправки или на шаблоны, которые потом могут или растворяться химическим путем (если они изготовлены, например, из алюминия или из меди), или разбираться на части.

Как правило, полученный после напыления слой хрупок, имеет слоистую структуру и механические свойства, позволяющие подвергать его механической обработке. Таким способом получают детали ракетных двигателей и различные тигли.