УДК 621.793.74К ВОПРОСУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙКадырметов А.М., Снятков Е.В., Попов Д.А., Плахотин А.А., Радыгин К.А.Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования «Воронежский государственныйлесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»E-mail: kadyrmetov.a@mail.ru Аннотация: В работе проведен анализ технологического оснащения комбинированного процесса получения многокомпонентных покрытий на основе плазменного нанесения в открытой атмосфере.Ключевые слова: плазменное напыление, многокомпонентное покрытие, плазмотрон, технологическое обеспечение, детали. ON THE QUESTION OF TECHNOLOGICAL SUPPORT OF PLASMA SPRAYING PROCESSES OF MULTI-COMPONENT COATINGSKadyrmetov A.M., Snyatkov E.V., Popov D.A., Plahotin A.A., Radygin K.A.Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education«Voronezh State Forestry University. G.F. Morozova»E-mail: kadyrmetov.a@mail.ru Summary: The paper analyzes the technological equipment of the combined process of obtaining multicomponent coatings based on plasma spraying in an open atmosphere.Keywords: plasma spraying, multicomponent coating, plasmatron, technological provision, machine parts. Состояние и актуальность плазменного нанесения и упрочнения многокомпонентных покрытий Использование прогрессивных плазменных технологий при нанесении покрытий на новые детали и при восстановлении изношенных деталей позволяет обеспечить их заданную износостойкость [1-4]. Это эффективно, прежде всего, в отношении деталей ДВС типа круглые стержни (коленчатый вал, распределительный вал, другие валы, клапан) и для полых цилиндров (гильз, ступиц колес, тормозных и др.). Для получения стабильности свойств покрытий в широком диапазоне температур в последнее время стали использовать многокомпонентные сплавы, включающие не менее 5 основных элементов в концентрациях от 5 до 35 атом. % с высокой степенью смешения элементов [5-14].Всевозможные сочетания компонентов таких материалов и диапазон их свойств до сих пор не раскрыты [10]. Значительная часть исследований многокомпонентных материалов посвящена выяснению свойств сплавов и их микроструктурных параметров, но только малая часть публикаций отражает проблему методов получения. Среди них незначительная доля публикаций посвящена методам нанесения многокомпонентных покрытий с высокой степенью смешения компонентов. В свою очередь, методам получения многокомпонентных покрытий с высокой степенью смешения компонентов на основе плазменного напыления в открытой или контролируемой атмосфере посвящены единичные работы. Такие методы практически не исследованы.Совершенствование плазменных технологий нанесения и упрочнения многокомпонентных плазменных покрытий и изучение влияния факторов на критерии процессов возможно путями, представленными в работе [15]. К таким путям относятся динамизация процессов модуляцией параметров [16] и комбинирование процессов с использованием вибромеханической, электромеханической обработки и др. [17-23].Технологическое обеспечение процессов плазменного напыления многокомпонентных покрытийЦель технологического обеспечения плазменного напыления и упрочнения многокомпонентных покрытий включает оптимизацию конструктивно-технологических решений в создании деталей с такими покрытиями с экстремальными свойствами и / или заданными свойствами и высоким технико-экономическим эффектом. Критериями оптимизации являются параметры качества покрытий, затраты на их получение и надежность технологии [24]. Достижение цели состоит в определении прогнозной оценки осуществления технологии получения многокомпонентных покрытий с высокой степенью смешения компонентов на основе плазменного напыления в условиях открытой или контролируемой атмосферы и технологических проектных решений подготовки смеси напыляемого материала.Прогноз возможности реализации перспективных процессов нанесения многокомпонентных покрытий осуществляется созданием задела научно-технических разработок получения покрытий проведением исследований, включая анализ информации и теоретическую проработку, а также проведение экспериментальных исследований по перспективным конструкторско-технологическим решениям [25]. Технологическое обеспечение проектирования технологических процессов плазменного нанесения многокомпонентных покрытий включает в себя научно-исследовательские и опытно-технологические работы. Данные работы содержат: поиск решений проблем конструктивно-технологического плана; документальную формализацию выявленных решений данных проблем; выбор и оценку конструктивно-технологических решений получения покрытий; экспериментальные работы по обоснованию выбранных конструктивно-технологических решений; оформление результатов в виде отчета [25].Основу конструктивно-технологических решений составляет технологическое оснащение – оснастка и оборудование.Технологическое оснащение подготовки смеси компонентов напыляемого материалаПодготовка смеси порошков компонентов заключается в равномерном перемешивании компонентов и включает этапы: сушка каждого порошка в печи при температуре ~100 0С в течение 1 ч, его просеивание через вибросита для обеспечения нужной фракции, смешивание, окончательная сушка в печи при температуре ~100 0С и просеивание перед напылением. Сложность представляет процесс перемешивания составляющих порошков, имеющих значительное различие по плотности и приводящее к сепарации легких фракций. Для решения этой проблемы существуют подходы механического, газодинамического и комбинированного смешивания. Механический подход состоит в придании порошковой смеси нескольких степеней свободы движения, включая вращательные и поступательные движения. Примером является смеситель порошков С2.0 «Турбула». Газодинамический подход состоит в закручивании струй с порошками в емкости таким образом, чтобы струи с легкими порошками закручивались около стенки емкости, а струи с более тяжелыми порошками закручивались ближе к оси емкости. Это дает возможность последним за счет центробежной силы двигаться к пристеночным потокам и смешиваться с более легкими частицами порошка.Технологическое оснащение процесса плазменного нанесения многокомпонентного материалаДля защиты напыляемого материала от внешней среды при напылении используется газодинамический метод создания кольцевой струйной завесы контролируемой средой (азотной, аргоновой, др.) с помощью насадки на плазмотрон. Равномерность распределения компонентов в покрытии при напылении реализуется либо напылением ранее перемешанного в смесителе состава порошков, либо подачей составляющих порошков в отдельности через свои каналы в сопле плазмотрона. Последний вариант является наиболее приемлемым и удобным в управлении, но конструктивно и технологически самым сложным ввиду необходимости использования нескольких порошковых питателей. Наиболее оптимальным представляется вариант подачи двух смесей порошков через два канала в сопле плазмотрона в доанодную и заанодную части тугоплавкой и легкоплавкой смесей соответственно.Для создания более равномерной структуры более предпочтительным вариантом является плазменная наплавка многокомпонентной смеси двухдуговым плазмотроном, в которой прямая дуга дополнительно оплавляет нанесенный слой покрытия. Промежуточный вариант занимает процесс двухдугового плазменного напыления с импульсной модуляцией мощностей дуг [3, 4, 25].Технологическое оснащение процесса диспергирования многокомпонентного покрытияДля диспергирования нанесенного покрытия используется, прежде всего, тепловая энергия. В открытой атмосфере наиболее эффективно для этого использование высокоэнергетических концентрированных источников тепла – лазерного луча и / плазменной струи. Кратное переплавление покрытия с их помощью предположительно позволяет смешать компоненты покрытия до атомарного уровня при отсутствии перегрева детали при её технологически оптимальном охлаждении. Дополнительное использование механической энергии с помощью электромеханической обработки параллельно или последовательно с оплавлением покрытия позволит интенсифицировать диспергирование состава покрытия. Предпосылками возможности гомогенизации состава покрытия являются высокая скорость охлаждения сплава в покрытии с помощью импульсной модуляции мощностей плазменной и электромеханической обработки покрытия.Общие вопросы технологического оснащения плазменного нанесения покрытийВариантом оснащения оборудованием включает установки: плазменного напыления и наплавки, электромеханической обработки и специальные приспособления [15, 19, 21]. Установка ПН (АС № 1774828 СССР, патенты РФ № 2480533, № 2211256) позволяет модулировать электрическую мощность дуг одно- и двухполярными импульсами [25].  Традиционным специальным технологическим оснащением для плазменного напыления на шатунные шейки коленчатых валов является центросместитель. Для уменьшения подготовительно-заключительного времени нанесения покрытия с электромеханической обработкой может использоваться устройство по патентам РФ №2085301, № 2447951, № 129021 [26]. Установ вала на станок с помощью данного устройства осуществляется один раз для всех шеек, а для любой шатунной шейки установ осуществляется также один раз для напыления и обкатки. На кулачки распределительного вала покрытие наносится с помощью устройства копирного типа [27]. Постоянство дистанции напыления до поверхности кулачка обеспечивается технологическим кулачком-копиром, по которому перемещается штанга штока плазмотрона. Для плазменной наплавки клапанов двигателя внутреннего сгорания используются установки, содержащие охлаждающую опору-вращатель клапана и колебатель плазмотрона [28]. Современный гибридный процесс плазменной наплавки-напыления [19] реализуется на установках нового поколения, примером которой является установка компании НПФ «Плазмацентр» [29, 30]. Данный процесс в зарубежной литературе называется plasma transferred arc process (PTA-процесс). Он одновременно задействуют основную и косвенную дуги. Внутренняя изношенная поверхность цилиндров может быть восстановлена плазменным напылением по классической схеме, когда цилиндр вращается, а плазмотрон совершает поступательное движение. Для этого используется удлиненная штанга-держатель плазмотрона. Но предпочтительней является схема вращающегося с поступательным перемещением плазмотрона, которая позволяет наносить покрытие, не вынимая цилиндра из блока, а также наносить покрытие на безгильзовые блоки [25]. Данная схема напыления может быть эффективна для использования также и для таких деталей, как ступица колеса, чашка дифференциала, картер подшипников ведущей шестерни главной передачи, крышка подшипника ведущего вала коробки передач и заднего моста, тормозной цилиндр, ступица ведомого диска сцепления, муфта подшипника выключения сцепления. ЗаключениеСоставляющие процесса плазменного напыления многокомпонентного покрытия с его кратным оплавлением и электромеханической обработкой представляют возможность образования и сохранения в нем высокой степени смешения компонентов до уровня образования твердого раствора замещения как непосредственно после кристаллизации напыленного слоя, так и при последующей его электромеханической или лучевой обработки.Восстановление деталей типа вал с профильными поверхностями, а также деталей типа цилиндр и др. при использовании технологического оснащения повышает эффективность восстановления изношенных поверхностей. Для реализации плазменного нанесения и упрочнения покрытий имеются и разработаны специальные средства технологического обеспечения.