Твердосплавные покрытия

Mar 20, 2024

Доктор Юрий Жук исследует использование CVD вольфрама/карбида вольфрама в качестве замены твердого хрома и термического напыления.

Покрытие из металлической матрицы из вольфрама/карбида вольфрама, разработанное в Великобритании, применяется Airbus и другими мировыми пользователями критически важных компонентов аэрокосмической, энергетической отрасли и управления потоками в качестве замены твердого хромирования (HCP) и покрытия термического напыления HVOF.

Правила ЕС и Великобритании REACH (Регистрация, оценка, авторизация и ограничение использования химических веществ) запретят использование канцерогенных солей шестивалентного хрома, используемых в производстве HCP, к апрелю 2024 года из-за рисков для здоровья и окружающей среды. Поиск подходящей замены уже несколько лет является ключевым приоритетом цепочки поставок для производителей самолетов и других пользователей HCP.

HVOF является одним из наиболее широко используемых покрытий термического напыления и часто рассматривается как альтернатива HCP. Однако у него есть несколько ограничений; Покрытия термического напыления могут образовывать толстый (до нескольких мм) слой на внешних поверхностях, но не могут наноситься на невидимые поверхности или на поверхности сложной геометрии. Они не образуют прочной химической или металлургической связи с деталью с покрытием и зависят от шероховатости подложки, что является залогом ее механической адгезии. В результате нанесенное покрытие получается очень шероховатым и, как и в случае с HCP, требует шлифовки для достижения приемлемого качества отделки.

Компания Hardide Coatings, британский разработчик передовых покрытий для поверхностей, разработала семейство наноструктурных покрытий на основе низкотемпературного химического осаждения из паровой фазы (CVD) на основе металлической матрицы вольфрама/карбида вольфрама, разработанных в качестве альтернативы HCP и HVOF, превосходящих оба по многим критическим свойствам.

Процесс CVD означает, что покрытие Hardide CVD может достигать как внутренних, так и внешних поверхностей и покрывать изделия сложной геометрии в отличие от HCP и HVOF. HCP и HVOF необходимо шлифовать после нанесения покрытия для достижения допусков и однородности поверхности. Это увеличивает стоимость и время производства, а также ограничивает форму покрываемых деталей простыми плоскими или цилиндрическими гранями. Нанесенные твердые CVD-покрытия обычно имеют чистоту поверхности ~0,5–0,6 микрон Ra, которую можно полировать до 0,2–0,3 микрон Ra без необходимости шлифования.

Hardide-A был разработан специально для удовлетворения потребностей аэрокосмической промышленности и соответствует толщине (50–100 микрон) и твердости (800–1200 Hv) HCP, что упрощает переход, устраняя необходимость изменения чертежей и размеров предварительного покрытия. .

Благодаря низкому термическому расширению Hardide-A нанесенное покрытие обычно находится под остаточным сжимающим напряжением и не имеет микротрещин, типичных для HCP. В результате покрытие из карбида вольфрама CVD является отличным барьером против коррозии, превосходя HCP по этой важной характеристике. Покрытие обладает повышенной пластичностью и ударной вязкостью, минимальным усталостным дефектом – намного лучше, чем HCP или HVOF, и обеспечивает улучшенную защиту от истирания.

После продолжительной и обширной программы испытаний компания Airbus выбрала компанию Hardide Coatings для обеспечения покрытия Hardide-A в качестве замены HCP, и в настоящее время она покрывает компоненты крыльев самолетов Airbus A320, A330, A380 и A400M. На одну из деталей, изготовленных из тонкой стальной пластины, было указано покрытие HVOF, но при производстве большинство деталей после покрытия HVOF деформировались при охлаждении слоя термического напыления. Покрытие Hardide CVD оказалось лучшей альтернативой без деформации деталей. Европейский производитель вертолетов одобрил использование покрытия Hardide CVD на валу коробки передач вместо покрытия HVOF, поскольку гладкое покрытие Hardide оказалось гораздо менее абразивным для уплотнений, что снижает риск утечки масла и необходимость технического обслуживания при резке. Крупный американский производитель поршневых насосов все чаще использует покрытие CVD для замены HCP как на поршнях, так и на цилиндрах и сообщил о трехкратном увеличении срока службы насоса при работе с абразивными жидкостями.

Каждая альтернатива жесткому хрому и HVOF имеет разные характеристики, и ни одна из них не является точной заменой, поэтому для определения наилучшего решения необходима оценка приложения и его требований к производительности. Этот подход, сопровождаемый обширными испытаниями и оценкой, основанной на фактических данных, для обеспечения соответствия критериям производительности, позволит определить наиболее подходящую альтернативу замене твердого хрома и HVOF на покомпонентной основе.