Атмосферное плазменное напыление (APS) тонких покрытий

Атмосферное плазменное напыление (APS) — процесс газотермического нанесения покрытий, выполняемый в воздушной среде при атмосферном давлении. Он применяется для защиты деталей от износа, коррозии и высоких температур.

Принцип работы

• Генерация плазмы: внутри плазмотрона между катодом и анодом создаётся электрическая дуга.
• Подача газов: через дугу пропускаются технологические газы — аргон, водород, азот или гелий.
• Ионизация: газ превращается в высокотемпературную плазму с температурой до 15 000 °C.
• Подача материала: материал покрытия в виде порошка вводится в плазменную струю.
• Плавление: частицы порошка практически мгновенно плавятся и ускоряются газовым потоком.
• Формирование покрытия: расплавленные частицы ударяются об основу, расплющиваются и быстро затвердевают.

Преимущества APS

• Широкий выбор материалов: процесс позволяет плавить практически любые тугоплавкие материалы, включая керамику.
• Чрезвычайно высокая температура: позволяет легко обрабатывать оксиды кремния, циркония и хрома.
• Минимальный нагрев основы: температура самой детали редко превышает 150 °C.
• Отсутствие термических деформаций: низкая температура основы минимизирует риск коробления детали.
• Регулируемая толщина: возможно нанесение покрытий толщиной от нескольких десятков микрометров до нескольких миллиметров.

Недостатки и ограничения

• Пористость: типичная пористость покрытия составляет 1–5 %.
• Окисление: обработка в открытой атмосфере может приводить к частичному окислению металлических материалов.
• Прочность сцепления: связь покрытия с основой преимущественно механическая и обычно слабее, чем при нанесении в вакууме.
• Шум и излучение: процесс требует эффективной звукоизоляции и защиты от ультрафиолетового излучения.

Области применения

• Авиакосмическая отрасль: нанесение теплозащитных покрытий (TBC) на лопатки турбин.
• Медицинская техника: нанесение биосовместимых гидроксиапатитовых покрытий на имплантаты.
• Автомобилестроение: защита поршневых колец и компонентов выхлопной системы.
• Энергетика: нанесение изоляционных покрытий на компоненты, работающие в агрессивных средах.