Procesele de bază pentru acoperirea ceramică din oțel H13 includ în principal pulverizarea cu plasmă (APS), pulverizarea cu flacără de-înaltă viteză (HVOF) și depunerea fizică de vapori (PVD). Fiecare dintre aceste trei metode are propriul accent în ceea ce privește principiile echipamentelor, parametrii procesului și scenariile aplicabile, dar toate necesită trei etape principale: pretratarea substratului, pulverizare/depunere și post-tratare.
I. Procesul general de pretratare (Partajat de toate procesele)
Indiferent de tehnologia de acoperire utilizată, substratul din oțel H13 trebuie să fie supus unui pretratament riguros pentru a asigura rezistența lipirii:
Degresare și curățare: Îndepărtați uleiul de suprafață folosind acetonă sau curățare cu ultrasunete.
Sablare și rugosire: sablare suprafața cu abraziv Al₂O₃ (60–80 mesh) pentru a îmbunătăți rugozitatea suprafeței (Ra mai mare sau egal cu 3,2 μm) și pentru a îmbunătăți aderența mecanică.
Tratament de preîncălzire: Încălziți piesa de prelucrat la 150-200 de grade pentru a reduce diferențele de stres termic în timpul pulverizării.
II. Explicație detaliată a trei procese principale
1. Pulverizarea cu plasmă (APS)
Utilizează un arc cu plasmă de-înaltă temperatură pentru a topi pulberea ceramică și pentru a o pulveriza cu viteză mare pe suprafața substratului.
Etapele procesului:
1. Generarea arcului cu plasmă: un gaz amestecat Ar/N₂/H₂ este ionizat printr-un arc electric pentru a forma un jet de plasmă cu temperaturi de până la 15.000–20.000 K.
2. Alimentarea și topirea pulberii: pulberea de Al₂O₃, ZrO₂ sau Al₂O₃-TiO₂ este introdusă în jet și încălzită până la o stare topită sau semi-topită.
3. Depunere cu viteză mare-: pulberea impactează substratul cu o viteză de 200–600 m/s și se răcește rapid pentru a forma o acoperire.
4. Parametri de control: curent 100–600 A, tensiune 30–80 V, viteza de alimentare cu pulbere 10–30 g/min
5. Caracteristici: Poate pulveriza diverse materiale ceramice; grosimea stratului de acoperire 100–200 μm, porozitate aproximativ 2–5%.
6. Pulverizare cu flacără de-înaltă tensiune (HVOF): obținerea unei depuneri dense de acoperire prin generarea unui flux de flacără supersonică prin arderea combustibililor (cum ar fi kerosenul sau hidrogenul) și oxigenul la presiune înaltă-.
2. Pașii procesului de pulverizare cu flacără de înaltă-tensiune (HVOF):
Reacția de ardere: combustibilul și O₂ ard continuu în camera de ardere, producând o-flacără la temperatură ridicată de 2900–3000 de grade .
Accelerația gazului: Gazul se extinde printr-o duză Laval, formând un jet supersonic de 1500-2000 m/s.
Accelerarea și depunerea pulberii: pulberea ceramică (cum ar fi WC-Co, Cr₃C₂{-NiCr) este încălzită la o stare plastică și impactează substratul la viteză mare, formând un strat de-aderență ridicată.
Parametri tipici: Distanța de pulverizare 150–300 mm, rezistența de lipire a stratului poate ajunge la peste 70 MPa.
Caracteristici: Porozitate<1%, high bonding strength, suitable for high wear resistance and fatigue resistance conditions.
3. Depunere fizică de vapori (PVD)
Într-un mediu de vid, materialul țintă este atomizat fizic și depus pe suprafața substratului pentru a forma un film.
Etapele procesului:
Aspirare: Evacuați camera la peste 10⁻³ Pa pentru a asigura un mediu curat.
Curățarea ionilor: Introduceți gaz Ar și aplicați o polarizare negativă pentru a genera ioni de argon care bombardează suprafața piesei de prelucrat, activând și eliminând oxizii.
Depunerea filmului: Utilizați evaporarea cu arc sau pulverizarea cu magnetron pentru a vaporiza ținte metalice precum Ti și Cr, care reacționează cu N₂ pentru a forma acoperiri dure, cum ar fi TiN și CrN.
Controlul depunerii: Temperatura 200–500 grade, viteza de depunere 0,1–1 μm/h, grosimea filmului de obicei 2–5 μm.
Caracteristici: Acoperire densă, ne-poroasă, cu finisaj de suprafață ridicat, potrivită pentru matrițe de precizie și aplicații anti-aderență.
III. Post-tratament și control al calității
Răcire lentă: Se răcește lent la temperatura camerei după pulverizare pentru a evita fisurarea prin stres termic.
Finisarea suprafeței: șlefuire sau lustruire după cum este necesar pentru a asigura acuratețea dimensională.
Metode de testare:
Test de microduritate (HV)
Test de aderență (standard ASTM C633)
Analiza metalografică și observarea SEM a structurii acoperirii
