2.2. Порошки

Матеріали для напилення, які неможливо або дуже трудомістко ви­готовити у вигляді дроту, використовуються у вигляді порошку.

Основна перевага використання для напилення порошкових мате­ріалів - це проста технологія отримання порошку з металів, сплавів, хі­мічних сполук, з яких неможливо отримати дріт або пруток звичайними методами завдяки їх високій твердості або крихкості.

До недоліків використання порошкових матеріалів відноситься складність забезпечення рівномірності витрат матеріалу, що наплюється, обумовлене його гранулометричним складом, формою часток та іншими властивостями. Частки порошку повинні мати сферичну фор­му та володіти доброю сипучістю.

Розмір часток порошку, що напилюється, та його гранулометричний склад дуже впливає на процес напилення та властивості покриття. Для напилення, здебільшого, використовують порошки з розміром часток в межах 40...100 мкм.

Порошковий матеріал використовують при газополуменевому, плаз­мовому та детонаційному напиленні. Розміри часток порошку виби­рають у залежності від характеристик джерела теплової енергії, тепло­фізичних властивостей матеріалу, що напилюється: температури плав­лення, питомої тепломісткості, щільності та інших параметрів.

У практиці напилення використовують як однорідні порошки різних матеріалів, так і гетерогенні складні структури, композиційні матеріали, а також механічні суміші цих матеріалів.

Однокомпонентні порошки являють собою частинки, які склада­ються з одного елемента (алюмінію, титану, молібдену та ін.) або сплави з різних елементів. Наприклад, Fe-C; Ni -Al; W-С; Ni-Cr; Ni-Cr-B-Si та ін. Структура частинок може бути як гомогенною, так і гетерогенною. Однокомпонентні порошки одержують розпиленням розплавів або відновленням. їх перевага полягає в одержанні покриттів з однорідним хімічним складом і структурою.

У порошкових матеріалах для напилення у середньому приходиться на долю металів - 6%; сплавів - 32%; оксидів - 10%; тугоплав­ких з'єднань і твердих сплавів - 6%; композиційних порошків - 19%; механічних сумішей - 27%.

В останній час все більше розповсюдження отримують композиційні порошкові матеріали.

Композиційний матеріал визначається наступними критеріями:

- композиція повинна складатися не менше як з двох хімічно різно­рідних матеріалів з чіткою межею розподілення між ними;

• компоненти композиції утворюють її своїм об'ємним сполученням;

• композиція повинна мати властивості, які з'являються лише як наслідок взаємодії компонентів.

Порошок для напилення з гетерогенною структурою може бути виз­начений як порошок складного (гранульованого) вмісту, кожна грануло­метрична частинка якого складається з мікрооб'ємів декількох компонентів, які відрізняються за хімічним складом і однакові за якісним складом всім іншим.

По будові часток гетерогенні порошки можуть бути (рис. 2.1) плако­вані та конгломеровані. Конгломеровані можуть бути гомодисперсні, етеродисперсні та змішаного типу.

Рис. 2.1. Основні різновиди будови композиційних порошків: а - плаковані; б - гетеродисперсні конгломеровані; в - гомодисперсні конгломеровані; г - змішаного типу

При газотермічному напиленні композиційними порошками забез­печується:

- отримання гетерогенних дрібнодисперсних структур із рівномір­ним розподілом компонентів Co-WC-TiC; Ni-Ni3 Al-Al; Ni-Al₃O₃ та

ін );

• протікання екзотермічних реакцій між компонентами порошку ( Ni- АІO; Ni-Al; Ni-Ti; Co-Al; Ni-Cr-Al та ін.);

• захист матеріалу ядра частинки, яка напилюється, плакуванням від взаємодії з газовою фазою або розкладу при напиленні (Co-WC); (Ni-TiC);

• рівномірне розподілення компонентів у об'ємі покриття, наприклад типу керметів (Ni-ALO);

- формування покриття за участю матеріалу, який самостійно не неможе створити покриття при газотермічному напиленні (Ni-графіт);

- покращання умов формування покриття за рахунок збільшення щільності часток, введення компонентів з високою ентальпією.

Композиційні порошки поділяються на дві групи: екзотермічно реа­гуючі та термонейтральні. У першому випадку отримання покриття поєд­нано з синтезом нових сполук, і його склад суттєво відрізняється від вихідного складу часток.

У порошках, які реагують екзотермічно, розрізняють наступні типи композицій: металоїдні Ni-AI; Ni-Ti; Co-Al; Co-Si; Mo-Ni та ін.; металооксидні Al - NiО ; Al-Fe 0; Сr- СиО; Ті - NiO та ін.; мета­лоїдні AI-WC; Ті - SiC; Тi-В₄C; Ti-Si₃N₄ та ін. Найбільш значні теплові ефекти спостерігаються в металооксидних композиціях. У термонейтральних порошках розрізняють композиції:

- метал (сплав) - тугоплавка металоїдна сполука: Cr-WC; (Ni - Cr)- WC ;(Ni-Cr-B-Si)-WC та ін.;

- метал (сплав) - металоїдна сполука: (Ni-Cr) - NiAl та ін. ;

- метал (сплав) - тверде мастило: AI-BN; Ni, графіт; Mo-Mo-S та ін.,

• метал (сплав) - оксид Ni—Al₂O₃;Cu – ZrO₂, та ін.;

• оксид - оксид: Si0₂ – Cr₂O₃; TНO, - AI₂O₃ та ін.

У термонейтральних композиційних порошках екзотермічна реакція не протікає або її тепловий ефект незначний.

Відомості про деякі основані типи гетерогенних порошків наведен; у таблиці 2.2.

Поряд з наведеними у таблиці гранульованими та композиційними порошками випускаються також порошки таких металів як нікель, мідь, цинк, алюміній та інші, які використовують у чистому вигляді при різних способах нанесення функціонального покриття або як з'єднальний додаток до оксидів, карбідів та інших неметалічних сполук.

Специфічні властивості мають керамічні порошкові матеріали такі як оксиди металів, бориди, нітриди, силікати та карбіди. Це тугоплавкі з'єднання з температурою плавлення до 3273К. З керамічних матеріалів для напилення найбільшого поширення знайшли оксиди та карбіди.

Так, для напилення зносостійких покриттів часто використовують рутил, оксид хрому, оксид алюмінію для напилення вузлів сухого тертя; карбіди титану, вольфраму, хрому для захисту робочих поверхонь від абразивного та газоабразивного спрацьовування, корозії й ерозії при підвищених температурах.

Таблиця 2.2

Поширені типи порошків для газошермічного напилення і галузі їх застосування

Тип сплаву	Марка порошку	Завод виготов лення	Твердість покриття HRC `	Галузь використання
Самофлюсуючі сплави на нікілевіи основі, леговані бором і кремнієм типу Сг-Nі-В-Бі	ПР-Н77Х15СЗР2	Тулачермет	33-45	З зміцнення деталей, що піддаються аб­разивному та корозіє абразивному спрацьовуванню; при терті твердими поверхнями в коро­зійному середовищі, при сухому терті, при терті нитками, стрічками, в умовах фретінг корозії тощо
	ПН-70Х17С4Р4		55-60
	ПГ-АН4	ІЕЗ	35-45
	ПР-Н67Х18С5Р5	Тулачермет	60-62
	ПГ-АН5	ІЕЗ	45-55
	ПГ-АН6		54-65
	ПГ-12Н-01	ТЗНТС	35-45
	ПГ-12Н-02		45-54
	ПГ-10Н-01		55-62
			20-24
	ПГ-19Н-01		28-42
Бронза БрАЖ10-4, БрОФ 8-0,3, БрА 10	ПТ-19М01	ТЗНТС	HRB 65-72	Антифрикційне по­криття вузлів тертя
	ПГ-АН10	ІЕЗ	-
	ПГ-АН12		-
Композиційні плаковані тер-мореагуючі порошки	ПТ-НА-01	ТЗНТС	38-42	Нанесення підшару 3 високою міцністю зчеплення 3 осно­вою, нанесення зно­состійких шарів стійких при терті, фретінг-корозії, оки­слювальному газо­вому середовищі, жаростійкі покриття
	ПН70Ю30	Тулачермет	35-42
	ПН85Ю15		20-22
	ПН55Т45		50-55

Для забезпечення більш високих міцносних та пластичних властивостей покриття з оксидів та карбідів в якості єднальної добавки в них часто використовують порошки нікелю або ніхрому.

Покриття з оксидів та карбідів наносять плазмовим або детонацій­ним способом.

Для нанесення покриття з високою корозійною стійкістю у агресивних середовищах, зокрема у морській воді, лугах та кислотах використовують полімерні та металополімерні покриття.

Для напилення використовують порошкові полімерні матеріали. Напилювати можна як термопластичні, гак і термореактивні пластмаси.

До термопластичних пластмас відносяться такі матеріали як полі­етилен, нейлон, тіокол, полівінілбутираль, фторопласти та інші, які при нагріванні стають пластичними Серед цих матеріалів найбільше розпо­всюдження отримав поліетилен Високомолекулярні лінійні полімери фторопласт-4 (політетрафторетилен), поліетилен належать до матері­алів з природними антифрикційними властивостями. Взаємодія між мо­лекулами полімерів здійснюється слабкими ван-дер-ваапьсоиими си­лами. Це, поряд з високою "гладкістю" екранованих вуглецевих ланцюжків, визначає природні антифрикційні властивості фторопласту і надвисокомолекулярного поліетилену

Для виготовлення термореактивних пластмас використовую епоксидні смоли. При твердінні, внаслідок повної реакції полімеризації смо­ли, утворюється пластмаса, властивості якої визначаються власти­востями смоли. Як отверджувач використовують безводну фталеву кислоту, аміни та інші речовини.

При напиленні частіше за все використовують добре перемішану суміш порошків отверджувача та смоли. Для повної полімеризації по­криття після напилення витримують на протязі ЗО хвилин при темпера­турі 130-170 °С.

У таблиці 2.3 наведені деякі полімери, які рекомендуються для газополуменевого нанесення покриття.

Металополімерні газотермічні покриття порівняно з полімерними та металічними покриттями мають кращі експлуатаційні характеристики за рахунок комбінації позитивних властивостей полімерів та металів

Так, додавання у полімерну матрицю наповнювача - порошку ПГ-НЗ у кількості 6...30% підвищує триботехнічні властивості газотермічних металополімерних покриттів за рахунок збільшення їх абразивної стій­кості, теплопровідності та стійкості від збільшення навантаження.

Додавання у полімерну матрицю та епоксидну смолу ЗП-49Д/2 по­рошку сплаву Ре-М-В та алюмінію у об'ємній кількості 5...10% веде до збільшення зносостійкості газотермічного покриття в умовах газоабразивного спрацьовування у 1,2-1,3 рази порівняно з незаповненим полі­мерним покриттям за рахунок підвищення твердості покриття від введення твердих металічних часток та високих демпфуючих властиво­стей полімерної матриці.

Таблиця 2.3

Поширені полімери, що використовуються при газополуменевому нанесенні покриття

Матеріал	Температура, °С			Галузі використання
	розм'як­шення	розті­кання	експлуа­тації
Поліетилен	110-120	190-200	від -20° до +50°	Захист від корозії у роз­чинах кислот, лугів, елек­троізоляційні, вакуумно-щільні покриття
Поліетилен 50% Полістирол 35% Графіт 15%	-	-	від-10° до +50°	Захист хімічного облад­нання від вологих газів
Поліетилен 60% Полістирол 30% Сурік залізний 10%	-	-	від-10° до +50°	Захист хімічної апаратури від сухих газів
Полівініл-бутіраль	160-170	200	від -50° до +50°	Захист від корозії у слаб­ких розчинах кислот та лугів. Захисно-декоратив­ні та електроізоляційні покриття
Поліамідні смоли	190-240	200-250	до 90-120и	Захист від кавітації
Бітумний сплав В-1 Алюмінієва пудра 10%	125-140	-	-	Захист від атмосферної корозії, гідроізоляція
Епоксидні смоли	-	-	-	Хімічно-стійкі покриття
Поліамід П-68	-	250	-	Зносостійкі антифрикційні покриття