Материал подготовлен техническими специалистами компании «Компаньон Консалт» — инжиниринг и поставка металлообрабатывающего оборудования и порошковых материалов. Ниже — как устроено плазменное напыление, чем плазмотрон отличается от газопламенной горелки и какие порошки под него берут. Марка и фракция подбираются под материал, режим и условия службы детали.
Плазменное напыление — метод газотермического напыления, в котором источником тепла служит плазменная струя. Её температура выше, чем у любого пламени, поэтому плазма берёт материалы, которые другими методами просто не расплавить: тугоплавкую керамику, оксиды, карбиды с высокой температурой плавления. Это и есть её главная область.
Как устроен плазмотрон
Плазмотрон — горелка, в которой дуга горит между катодом и соплом-анодом. Через дугу продувается плазмообразующий газ: он ионизируется и выходит из сопла струёй с очень высокой температурой и скоростью. В эту струю подаётся порошок — частицы плавятся и переносятся на деталь.
Два узла определяют поведение установки:
- Плазмообразующий газ. Основной газ задаёт базовые свойства струи. Чтобы поднять теплосодержание и эффективнее плавить тугоплавкие материалы, к нему добавляют вторичный газ — как правило, водород или гелий. Смена газовой смеси меняет режим сильнее, чем кажется.
- Узел подачи порошка. Точка ввода и расход порошка определяют, успеет ли частица расплавиться и как она войдёт в струю. Неверная подача даёт непроплав или перегрев с выгоранием.
Поэтому «плазмотрон для напыления порошковых материалов» — это не просто горелка, а связка «источник питания — плазмотрон — подача порошка — газовая схема», настроенная под конкретный материал.
Когда выбирают плазму, а когда нет
Плазма выигрывает там, где нужен тугоплавкий материал, и проигрывает там, где важнее плотность карбидного слоя.
| Задача | Метод | Почему |
|---|---|---|
| Керамическое или термобарьерное покрытие | Плазменное | Только плазма даёт температуру, достаточную для тугоплавкой керамики |
| Плотное износостойкое карбидное покрытие | HVOF | Частица летит быстрее и греется меньше — ниже пористость, меньше выгорания карбида |
| Восстановление размера на большой площади | Газопламенное | Проще и дешевле, когда не нужны предельные свойства слоя |
| Антикоррозионный слой цинка или алюминия | Электродуговая металлизация | Производительность на больших поверхностях |
Отдельный нюанс: чем горячее источник, тем выше риск, что карбид в порошке частично разложится. Поэтому карбидные покрытия, где важна твёрдая фаза, чаще делают на HVOF — подробнее в гиде «Высокоскоростное газопламенное напыление».
Порошки для плазменного напыления
Плазмой напыляют широкий круг материалов — от керамики до металлических сплавов. Из карбидной группы под плазму чаще берут составы, устойчивые к высокой температуре процесса и службы.
- Карбид хрома с нихромом. Основной выбор для горячего износа: сохраняет свойства при температурах, при которых карбид вольфрама деградирует. Марки: (Cr3C2)75-NiCr25 и (Cr3C2)80-NiCr20.
- Смешанные карбиды. Когда нужны одновременно износ, коррозия и повышенная температура: Cr3C2-WC-NiCr и WC73-(Cr3C2)20-Ni7.
- Карбид вольфрама с никелевой связкой. Вариант для сред, где кобальт нежелателен: WC90-Ni10.
- Карбид вольфрама с кобальтом. Классика износостойких покрытий — WC88-Co12, WC83-Co17, с хромом в связке WC86-Co10-Cr4. Под плазму режим подбирают аккуратно, чтобы не потерять карбидную фазу.
Кроме карбидов, под плазму берут оксидную керамику, жаростойкие сплавы, нихром и материалы для истираемых уплотнений.
- Керамика и термобарьерные слои. Оксидная керамика — для износостойких и изоляционных покрытий: гильзы и плунжеры насосов, анилоксовые валы. Составы: Al2O3-13TiO2, Cr2O3, Al2O3. Для термобарьерных покрытий ГТУ — диоксид циркония, стабилизированный иттрием: YSZ (ZrO2-8Y2O3), поставка под заказ.
- Жаростойкие сплавы MCrAlY. Жаростойкие покрытия лопаток ГТУ, подслой под термобарьерное покрытие YSZ, ремонт газоперекачивающих агрегатов: NiCrAlY / CoNiCrAlY.
- Нихром. NiCr 80/20 — подслой под карбидные и керамические покрытия, жаростойкие покрытия. NiCr 50/50 — защита экранных труб котлов от высокотемпературной коррозии.
- Истираемые уплотнения. Никель-графит и AlSi-полиэстер — уплотнительные покрытия проточной части компрессоров ГТД и ГТУ: порошки для истираемых уплотнений, поставка под заказ.
Для плазмы особенно важны морфология и фракция: частица должна успеть расплавиться в струе, но не выгореть. Один и тот же состав в другой фракции потребует другого режима.
Что настраивают в режиме
- Мощность и состав газовой смеси — от них зависит, расплавится ли материал вообще.
- Дистанция напыления — слишком близко даёт перегрев детали, слишком далеко — частица успевает остыть и ложится хуже.
- Расход порошка — перегруз струи ведёт к непроплаву части частиц и росту пористости.
- Охлаждение детали — плазма греет сильно, и без обдува растут напряжения и коробление.
- Подготовка поверхности — обезжиривание и абразивоструйная обработка; без них не держит ни одно покрытие.
Типовые применения
- Термобарьерные покрытия — защита основы от тепловой нагрузки в горячих узлах. Керамический слой — порошок YSZ (под заказ), подслой под него — жаростойкие сплавы NiCrAlY / CoNiCrAlY.
- Износ при высокой температуре — там, где карбид вольфрама уже не работает.
- Электроизоляционные и специальные слои — оксидная керамика: порошки Al2O3, Al2O3-13TiO2, Cr2O3.
- Восстановление деталей с одновременным упрочнением поверхности.
Материалы по теме
- Порошки для газотермического напыления и плазмонапыления — каталог марок и поставка.
- Газотермическое напыление: методы и как выбрать порошок.
- Высокоскоростное газопламенное напыление (HVOF).
Частые вопросы (FAQ)
Чем плазмотрон отличается от газопламенной горелки?
Источником тепла. В горелке материал плавится пламенем горючего газа, в плазмотроне — плазменной струёй, температура которой существенно выше. Поэтому плазмой можно напылять тугоплавкую керамику и оксиды, которые пламя просто не расплавит.
Какой порошок нужен для плазменного напыления?
Зависит от задачи. Для горячего износа — карбид хрома с нихромом (Cr3C2-NiCr), для сочетания износа, коррозии и температуры — смешанные карбиды, для сред без кобальта — карбид вольфрама с никелевой связкой. Для термобарьерных слоёв лопаток ГТУ — керамика YSZ по жаростойкому подслою NiCrAlY или CoNiCrAlY, для износостойких и изоляционных покрытий — оксидная керамика, для уплотнений проточной части компрессоров — истираемые материалы. Важны не только состав, но и морфология с фракцией: под плазму порошок подбирают вместе с режимом.
Зачем в плазмообразующий газ добавляют водород?
Чтобы поднять теплосодержание струи. Основного газа не всегда хватает, чтобы расплавить материал с высокой температурой плавления; вторичный газ меняет свойства плазмы и позволяет вывести режим на нужную мощность.
Плазма или HVOF — что выбрать под износостойкое покрытие?
Если материал покрытия карбидный и важна плотность слоя — обычно HVOF: частицы летят быстрее и греются меньше, карбидная фаза сохраняется лучше. Плазму берут, когда нужен тугоплавкий материал или термобарьерный слой.
Нужна ли обработка после плазменного напыления?
Рабочие поверхности, как правило, шлифуют под требуемый размер и шероховатость. Припуск под финишную обработку закладывают заранее, вместе с выбором толщины слоя.
Получить подбор и цену
Нужен порошок под плазменное напыление? Инженеры Компаньон Консалт подберут состав и фракцию под ваш режим, материал детали и условия службы и организуют поставку. Цена — по запросу.
- Телефон: 8 800 350-03-75 (звонок по России бесплатный)
- E-mail: info@cmpnn.com
- Адрес: Москва, 1-я улица Ямского Поля, 15с2
Опишите задачу (деталь, характер износа, температура службы, установка и режим) — подберём марку порошка, рассчитаем цену и сроки.
Каталог материалов: порошки для напыления и наплавки — карбиды вольфрама и хрома, оксидная керамика и YSZ, сплавы MCrAlY, нихром, кобальтовые сплавы, материалы для уплотнений; состав и применение в каждой карточке.
