Керамическое покрытие как способ защиты поверхностей

Керамическое покрытие предназначено для защиты металлических поверхностей от коррозии, износа, механических и термических нагрузок. Данный вид обработки используется в автомобилестроении, атомной энергетике, медицине, аэрокосмической отрасли, для тюнинга автомобильной и мототехники.

Виды покрытий

Выделяют следующие виды покрытий:

• Жаростойкие

• Износостойкие

• Оптические

• Коррозионностойкие

• Уплотнительные

• Электроизоляционные

• Электропроводные

• Декоративные

Керамические покрытия относятся к жаро- и износостойким. Они также подходят для антикоррозионной обработки металлических поверхностей.

Материалы, используемые для создания керамического слоя, обладают высокой температурой плавления и низким коэффициентом теплопроводности. Помимо этого, они не разрушаются под воздействием смазочных материалов, топлива и химикатов, защищают от износа и коррозии, выдерживают воздействие высоких и очень высоких нагрузок.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY также относятся к износостойким видам покрытий.

Покрытия изготавливаются на основе неорганических и органических связующих с добавлением твердых смазочных веществ: фторидов бария и кальция, нитрида бора, дисульфида вольфрама, дисульфида молибдена, политетрафторэтилена, поляризованного графита.

АСТП образуют на поверхностях полимерный слой, который представляет собой связующую смолу, в которой равномерно распределены частицы твердых смазочных веществ. Они заполняют микронеровности поверхностей, увеличивая их несущую способность и опорную площадь.

Покрытия обладают малым сопротивлением сдвигу и высоким сопротивлением сжатию, благодаря чему коэффициент их сухого трения составляет всего несколько сотых при контактных давлениях, соответствующих пределу текучести материала основы.

Такие составы работают в условиях радиации и вакуума, устойчивы к воздействию агрессивных химикатов, имеют высокие противозадирные свойства, а их несущая способность может составлять до 2500 МПа. После высыхания покрытия представляют собой сухой и скользкий смазочный слой, благодаря чему покрытия можно использовать для обслуживания узлов, эксплуатируемых в запыленной среде. Диапазон рабочих температур этих материалов составляет от -200 °C до +560 °C.

Нанесение покрытий осуществляется традиционными методами окрашивания. Поэтому внедрение технологии твердых смазок MODENGY не потребует существенных затрат на приобретение нового оборудования.

Зачем нужно керамическое покрытие?

Керамические покрытия впервые были использованы в аэрокосмической промышленности. Их применяли в газотурбинных двигателях для обработки лопаток турбин. Эти элементы работают в условиях высокого эрозионного и коррозионного износа, а также при постоянных перепадах температуры. Лопатки также должны выдерживать термонагрузки, возникающие при сгорании топлива.

Источник изображения: koi88 / www.shutterstock.com

КПД двигателя зависит от температуры в камере сгорания: чем она выше, тем больше коэффициент полезного действия агрегата. Поэтому производители для увеличения мощности и КПД силовых агрегатов повышали температуру газа, а для производства некоторых деталей двигателей использовали высокотехнологичные сплавы и покрытия.

Лопатки производятся из специальных сплавов на основе большого количества легирующих добавок. Такие изделия могут работать в тяжелых условиях эксплуатации, но без керамического покрытия они разрушаются буквально за несколько минут. К примеру, температура газа перед турбиной в двигателях АЛ-31Ф, используемых на самолетах СУ-35 IV поколения составляет до +1700 °C. В двигателях АЛ-41Ф1 на самолетах СУ-35 V поколения эта температура может превышать +2000 °C.

Благодаря керамическому покрытию обеспечивается защита деталей газотурбинных двигателей от износа и коррозии, а также увеличивается их прочность и снижается температура на поверхностях. В зависимости от метода нанесения и толщины слоя и состава керамики температуру поверхности можно снизить до 35 %.

После успешного применения керамических покрытий в аэрокосмической отрасли их начали использовать в мото- и автоспорте, для тюнинга автомобилей и т.д.

Где применяются керамические покрытия?

Эксплуатационные характеристики керамических покрытий позволяют применять их:

• В атомной энергетике для обработки систем охлаждения, элементов реакторов, хранилищ отработанного ядерного топлива

• В автомобилестроении для обработки элементов ходовой части, колесных дисков, АБС, деталей ДВС и т.д.

• В медицине для обработки частей механизированных протезов и медицинских приборов

• В металлообработке в качестве финишного покрытия для увеличения срока службы и прочности изделий

• В оборонно-промышленном комплексе для обработки прицелов, корпусов аппаратуры, изготовления специальных изделий

• В быту для создания износостойкого слоя определенного цвета на элементах декора, посуде и прочих бытовых изделиях

• Для тюнинга автомобиля для обработки корпусов турбокомпрессоров, выпускных коллекторов, днищ поршней ДВС и других деталей

Способы нанесения

Наиболее распространенный способ нанесения керамического покрытия на поверхности – газотермическое напыление. Оно представляет собой все возможные процессы напыления покрытий из проволоки, прутка или порошка. Эти материалы подаются в зону высокой температуры и распыляются посредством сжатого воздуха или струи газа. Образованные частицы очень малого размера двигаются на большой скорости и, попадая на поверхность, образуют защитный слой.

В настоящее время используются 3 основных способа газотермического напыления:

• Порошковое газопламенное напыление

• Металлизация из проволоки

• Плазменное напыление порошков

Для металлизации используется металлическая проволока, которая подается в ацетиленкислородное пламя или электрическую дугу. При нагреве до температуры плавления проволока, находящаяся в струе газа или сжатого воздуха, преобразуется в частицы и подается на обрабатываемую поверхность. Так образуется слой покрытия.

Газопламенное напыление порошков похожу на металлизацию. Но здесь есть один нюанс – невозможность образование проволоки из некоторых материалов, например, керамических составов, термореагирующих сплавов и различных порошков. Эти материалы подаются в ацетиленкислородное пламя, откуда поступают на поверхность и образуют слой покрытия. Данный способ нанесения используется, когда нет возможности произвести обработку поверхности деталей в стационарных условиях или она нецелесообразна.

Плазменное напыление позволяет получить высококачественное покрытие практически из любых материалов: от баббитов, температура плавления которых составляет около +300 °C, до тугоплавких карбидов, оксидов, нитридов, температура плавления которых – свыше +3300 °C.

Процесс нанесения керамического покрытия

Керамические покрытия наносятся в 3 этапа.

Первый включает в себя подготовку поверхности. Детали подвергают пескоструйной обработке, продувке и обезжириванию. Это нужно для увеличения адгезии будущего покрытия, удаления загрязнений и прочих дефектов.

Затем производится грунтование поверхностей с применением специальных праймеров. Эти материалы предотвращают окисление и образование трещин на основном слое покрытия вследствие воздействия нагрузок и термического расширения. Праймер также увеличивает адгезию будущего покрытия.

На последнем этапе происходит нанесение керамического покрытия. В зависимости от выбранного материала различается технология нанесения, но наиболее используемый способ – газопламенное или плазменное напыление порошков, обладающих высокой прочностью и тугоплавкостью. Расплавленное покрытие попадая на поверхность «спаивается» с ней. Даже при удалении такого слоя на металлической поверхности останутся микрократеры, которые можно различить невооруженным глазом.