Карбидный композиционный порошок: марки, свойства и руководство по выбору износостойких покрытий

Плунжер шламового насоса или ролик с ламинарным потоком редко выходят из строя из-за объемной усталости. Повреждения начинаются с поверхности: истирание, эрозия или повторяющийся механический контакт удаляют материал до тех пор, пока компонент не перестанет сохранять допуск. Наиболее практичным промышленным решением является слой карбидного композитного порошка, нанесенный термическим напылением, плакированием или сваркой. Если правильно указать, этот слой значительно превосходит сталь без покрытия; если он определен плохо, он рано выходит из строя по причинам, которых вполне можно избежать. В этой статье объясняется, что такое карбидный композитный порошок, как он производится и как выбрать марку, которая будет работать в реальных условиях.

Что такое карбидный композитный порошок?

Карбидные композиционные порошки представляют собой специальные материалы, сочетающие твердую карбидную фазу с пластичной металлической связкой. Карбидная фаза, обычно карбид вольфрама (WC) или карбид хрома (Cr3C2), обеспечивает твердость и стойкость к абразивному износу. Связка, обычно кобальт или никелевый сплав, удерживает частицы карбида вместе, поглощает энергию удара и придает наплавке прочность.

Слово «композитный» отмечает важное различие. Чистый карбидный порошок по существу представляет собой одно соединение. Композиционный порошок представляет собой специально разработанную смесь, в которой мелкие частицы карбидов равномерно распределены по металлической матрице. При подаче через распылитель или наплавочную головку порошок плавится и повторно затвердевает, образуя покрытие, которое ведет себя как композит с металлической матрицей: достаточно твердое, чтобы противостоять износу, но достаточно прочное, чтобы выдерживать механические удары.

Карбидный композиционный порошок для износостойких покрытий Этот порошок представляет собой смесь нескольких карбидов с металлической связкой, что обеспечивает высокую твердость и устойчивость к коррозии. Его равномерное распределение частиц подходит для распыления HVOF и HVAF, что делает его пригодным для инструментов и деталей, подверженных истиранию и окислению. Посмотреть продукт →

На практике размер частиц карбида и содержание связующего являются двумя рычагами, которые контролируют поведение покрытия. Более мелкие частицы карбида создают более гладкие и плотные поверхности, которые хорошо противостоят эрозии мелкими частицами; более крупные карбиды выдерживают строжку, но оставляют более грубую поверхность. Содержание связующего обычно составляет от 10 до 25 процентов по весу: большее количество связующего повышает прочность, а меньшее количество связующего повышает твердость за счет хрупкости. Покупатели в отраслях с критическим износом все чаще отказываются от стандартных товарных марок и выбирают композитные порошки, разработанные для известного режима отказа.

Как изготавливаются карбидные композитные порошки

Большую часть разницы в характеристиках между хорошим и плохим карбидным композитным порошком определяют три фактора: маршрут производства, размер порошка и качество границы раздела карбид-связка.

Спеченный и измельченный

Смесь карбида и связующего спекают в твердый блок, затем измельчают и классифицируют в порошок. Полученные частицы имеют угловатую и блочную форму. Этот метод дает плотные, прочные частицы и часто используется при распылении HVOF, где плотность покрытия имеет большее значение, чем идеально сферическая подача.

Агломерированный и спеченный

Мелкие порошки карбидов и связующих смешивают с органическим связующим, сушат распылением в сферические агломераты и спекают для сплавления фаз и удаления органического компонента. Сферические частицы более равномерно проходят через устройства подачи порошка и образуют более прочные покрытия, поэтому этот метод доминирует над сверхзвуковым напылением и лазерной наплавкой.

Калибровка порошка

На последнем этапе классификации устанавливается распределение частиц по размерам. Грубые порезы быстро образуют толстые слои, но оставляют более грубую поверхность; при мелком разрезе образуется плотное и гладкое покрытие, но подача затруднена. Поставщики, которые контролируют как точки разреза, так и форму распределения, предоставляют инженеру по покрытиям гораздо меньшие отклонения в процессе управления.

Общие композиции и для чего каждая из них

В промышленной практике доминируют две системы: WC-Co и Cr3C2-Никр. Знание практических границ каждого из них позволяет избежать наиболее распространенных ошибок спецификации.

Правило быстрого выбора простое. Если компонент охлаждается и его основным врагом является истирание, по умолчанию используется WC-Co. Если присутствует коррозия, перейдите на связующее вещество на основе никеля. Если температура поверхности превышает 500 °C, обычно подходящим семейством является Cr3C2-NiCr.

Где карбидные композитные порошки приносят пользу

Карбидные композитные порошки оправдывают свою стоимость в условиях, когда простои обходятся дорого, а замена затруднена.

• Износостойкие покрытия для технологического оборудования: ролики, втулки вала, втулки, плунжеры и поршневые штоки являются распространенными кандидатами. Покрытие из карбида вольфрама, нанесенное сверхзвуковым напылением или HVOF, продлевает срок службы поверхности в несколько раз по сравнению с закаленной сталью.
• Режущие и сверлильные инструменты: В горнодобывающих долотах, резцах для дорожных фрез и вставках для резки металла используются композиты на основе WC, обеспечивающие твердость режущей кромки.
• Ремонт и восстановление: изношенные детали восстанавливаются путем лазерной или плазменной наплавки карбидным композитом, восстанавливая размеры и одновременно улучшая первоначальные характеристики.
• Высокотемпературные компоненты: Покрытия Cr3C2-NiCr защищают детали в газовых турбинах и в средах сгорания, где одной твердости недостаточно.

Серия порошков для термического распыления карбида вольфрама Эта серия, разработанная для процессов термического напыления и плакирования, включает сплавы на основе кобальта и никеля с различным содержанием карбидов. Он направлен на борьбу с высокотемпературной эрозией, износом горных пород и коррозией расплавленного металла, а также способствует ремонту и нанесению OEM-покрытий. Посмотреть продукт →

Для нанесения покрытия порошок должен подходить для процесса распыления и качества целевой поверхности. Сорта для термического напыления разработаны с учетом единообразия морфологии исходного материала и частиц, поэтому использование специального порошка для термического напыления обычно предпочтительнее, чем использование обычного порошка. То же самое относится и к ремонтным работам: вместо того, чтобы сдавать дорогой вал или ролик в металлолом из-за локального износа, мастерская может восстановить поверхность из твердосплавного композита и отполировать ее до исходного допуска. Отремонтированная деталь часто превосходит оригинальную, поскольку спроектированная поверхность никогда не была частью первоначальной конструкции.

Компоненты с покрытием из карбида вольфрама по индивидуальному заказу Это предложение включает готовые к установке ролики, втулки и валы с покрытием из карбида вольфрама или керамикой. Он подходит для заводов, которым требуются квалифицированные детали с покрытием, не требующие собственных этапов нанесения покрытия, обеспечивая износостойкость для сложных условий эксплуатации. Посмотреть продукт →

В отношении OEM-запчастей и запасных компонентов многие заводы предпочитают полностью покрывать компонент, а не наносить покрытие собственными силами. Ролики, плунжеры и втулки с покрытием из карбида вольфрама поставляются готовыми к установке, причем покрытие уже соответствует заявленным требованиям.

Как выбрать правильный сорт

Выбор начинается с условий эксплуатации, а не с каталога порошков. Проработайте эти пункты по порядку, и список кандидатов быстро сузится.

1. Определите преобладающий режим износа. Абразия, эрозия, износ скольжения и кавитация способствуют разным размерам карбидов и содержанию связующего.
2. Установите рабочую температуру. При температуре примерно 500 °C композиты на основе WC теряют твердость, и покрытие может разрушаться; перейти на Cr3C2-NiCr.
3. Проверьте химическую среду. Во многих технологических жидкостях никелевые связующие гораздо лучше противостоят водной коррозии, чем кобальт; Для работы с кислотами может потребоваться герметичный или специальный сорт.
4. Выберите распределение частиц по размерам. Он контролирует плотность покрытия, шероховатость поверхности и максимальную практическую толщину покрытия.
5. Подберите порошок к процессу. Для HVOF и сверхзвукового распыления требуется размерный срез, обеспечивающий надежную подачу; для лазерной облицовки требуется другое окно; Сварка кислородно-ацетиленовым распылением допускает более широкий диапазон.

Распространенной ошибкой является выбор исключительно по твердости. Покрытие с самым высоким числом Виккерса может преждевременно выйти из строя, если связующее корродирует или температура эксплуатации размягчает матрицу. Вот почему опытные покупатели передают поставщику полную картину эксплуатации, включая температуру, среду, режим износа и требуемое качество поверхности, а не только значение твердости. Хорошим ресурсом для сравнения свойств всего семейства материалов является наше руководство по типу и выбору твердосплавного композитного порошка, в котором более подробно рассматриваются те же решения.

Как только оценка попадает в шорт-лист, проверка замыкает цикл. Быстрая металлографическая проверка подтверждает распределение карбидов и пористость, а измерение твердости слоя покрытия показывает, соответствует ли наплавление спецификации. Для критически важных компонентов испытания на прочность соединения и технологическая документация имеют такое же значение, как и сам химический состав порошка.

Вывод прост. Карбидный композитный порошок — это не отдельный материал; это система дизайна. Химический состав карбидов, металлургия связующего, производственный маршрут и размер частиц — все это влияет на конечный результат. Сделайте все правильно, и компонент с покрытием станет объектом планового обслуживания, а не аварийным отказом. Сделайте их неправильно, и никакая толщина покрытия не спасет работу.

Любое применение, требующее повышенного износа, начинается с четкого определения режима отказа и диапазона обслуживания. Как только они станут известны, можно выбрать, применить и проверить правильный карбидный композитный порошок, и завод получит то, что ему действительно нужно: поверхность, которая прослужит до запланированного периода технического обслуживания.