Покрытия, наносимые газотермическим напылением, являются одними из лучших решений в области инженерии поверхности, позволяющих продлить срок службы и повысить производительность оборудования, которое подвергается воздействию высоких температур, а также агрессивных и подверженных износу сред. Целевые области применения варьируются от крошечной электроники до больших газовых турбин и ветряных мельниц. Эти покрытия могут обладать высокой тепло- и электроизоляцией, а также превосходной стойкостью к износу и истиранию.
Покрытия наносятся с использованием технологии напыления. Твердый, полурасплавленный или расплавленный порошок наносится с помощью горелок на целевые поверхности при чрезвычайно высоких скоростях и повышенных температурах. Расплавленный порошок расплющивается при ударе и образует последовательные пластинчатые слои, которые затвердевают в виде покрытий.
Порошок для напыления, используемый для покрытия, напрямую влияет на химические, механические и термические свойства покрытия. Поэтому вам следует выбирать порошок для газотермического напыления оптимальной морфологии и химического состава для достижения однородной структуры покрытия.
Морфология порошка играет ключевую роль главным образом на двух фронтах: во-первых, эффективность систем подачи, трубопровода и впрыска, а во-вторых, механизмы осаждения и формирования покрытия.
Влияние на системы подачи и осаждения
Порошки для напыления, содержащие сферические частицы, имеют улучшенные характеристики текучести и скорости подачи благодаря одноточечному контакту, в отличие от ломаных, колотых частиц с плоскими гранями. Колотые частицы с большей вероятностью засорят питатель и систему впрыска. Следовательно, неравномерная скорость подачи порошка для газотермического напыления приведет к образованию неоднородного покрытия, что приводит к перегреву подложки и потенциальному расслоению покрытия. Сферические частицы менее абразивны, а значит, обеспечивают низкий износ систем подачи и минимальное загрязнение покрытий примесями. Порошок для термического напыления, содержащий сферические частицы, имеет меньшую вероятность реакции с горячими газами из-за более низкого соотношения поверхности к объему, что позволяет уменьшить количество примесей и пустот в полученном покрытии.
Воздействие на микроструктуру покрытия
Пористость представляет собой наиболее распространенные микроструктурные дефекты всех напыленных покрытий, которые в конечном итоге могут привести к разрушению покрытия. Частицы, которые не плавятся, прикрепляются к целевой подложке и образуют пустоты. Порошки для термического напыления с морфологией полых сфер и измельченными частицами обеспечивают полное плавление, что в конечном итоге приводит к более высокой скорости осаждения, уменьшению пористости и гладкости поверхности.
Сферические частицы имеют высокое соотношение сторон и меньшую удельную поверхность. За пределами критического размера частицы не плавятся полностью в полете и имеют тенденцию отскакивать от подложки, что приводит к снижению эффективности осаждения. Частично расплавленные частицы не полностью расплющиваются в пластинчатую структуру и снижают адгезию покрытия с подложкой. Крупные нерасплавленные частицы также могут привести к большим выступам и коническим дефектам покрытий.
Порошки, с полыми сфероидальными частицами имеют тенденцию плавиться быстрее, чем измельченные и сплавленные угловатые частицы, подвергаясь сильной пластической деформации при ударе о подложку. Это приводит к тому, что покрытие имеет более тонкие ламели и большую плотность межплатных границ, что в конечном итоге снижает теплопроводность покрытия. Неправильные, угловатые частицы приобретают более высокие скорости во время напыления из-за более высоких сил сопротивления, но имеют более низкие температуры, чем сферические. Однако порошки, которые частично плавятся, можно использовать для получения частичных наноструктурированных покрытий с желаемой наноструктурированной сердцевиной.
Гомогенный порошок термического напыления с меньшим количеством примесей обеспечивает высокую стойкость покрытия к спеканию. Порошки для термического напыления на основе иттрия, иттрия циркония представляют собой несколько примеров применения в качестве термобарьера при очень высоких температурах.
Для толстых покрытий требуются порошки с более крупной морфологией частиц, тогда как мелкие частицы используются для получения более тонких покрытий. Для применений, требующих толстых покрытий, идеальным рецептом являются порошки, содержащие более крупные частицы.
Более открытая и неправильная морфология предпочтительна для применений, требующих коррозионной стойкости в сильно кислых и щелочных средах, а также высокой износостойкости против истирания и кавитации. Эти покрытия являются плотными, твердыми и наносятся с использованием порошков, имеющих плавленую и измельченную неправильную блочную морфологию, например, на основе диоксида циркония, оксида алюминия, силиката алюминия и титаната алюминия.