производство керамических покрытий

Когда говорят о производство керамических покрытий, часто представляют просто обжиг глины, но на деле это многоуровневый процесс, где мелочи решают всё. Вспоминаю, как мы в ООО Цзиюань Саифу Промышленная Керамика годами отрабатывали состав алюмооксидных покрытий – казалось бы, увеличишь долю оксида алюминия, и прочность вырастет, а на деле без точного контроля дисперсности порошка получались микротрещины после термоциклирования.

Подбор сырья и его тонкости

Мы используем каолины Жуковского месторождения, но не все партии одинаковы – даже в пределах одного карьера встречаются variations по содержанию кварца. Как-то пришлось забраковать целую поставку из-за 2% примесей слюды, которые при спекании давали эффект 'вспучивания'. Пришлось срочно переключаться на каолины из-под Челябинска, хотя их логистика дороже на 15%.

С циркониевыми наполнителями вообще отдельная история – многие недооценивают важность гранулометрического состава. Если фракция 40-60 мкм преобладает над 20-40 мкм, адгезия к металлической подложке падает на треть. Мы в Saferola.ru даже разработали внутренний стандарт смешивания фракций 70/30, но его постоянно приходится корректировать под конкретные печи.

Воду для суспензий тоже берем умягченную, иначе соли жесткости создают проблемы при сушке – образуются те самые белёсые разводы, которые клиенты иногда принимают за брак. Хотя на эксплуатационные свойства это почти не влияет, но визуальный дефект есть визуальный дефект.

Технологические нюансы напыления

Плазменное напыление – казалось бы, отработанная технология, но до сих пор сталкиваюсь с коллегами, которые экономят на скорости подачи суспензии. Результат – неравномерная плотность покрытия и последующее отслоение под термической нагрузкой. В наших установках стоит контроль точки росы газа-носителя, но и это не панацея.

Особенно сложно с деталями сложной геометрии – для роторов турбин иногда приходится делать 3-4 прохода с разными углами, при этом каждый раз менять расстояние до сопла. Помню, для одного завода авиадвигателей мы полгода подбирали режим для выступающих кромок лопаток.

А вот электрофоретическое осаждение многие незаслуженно забывают – метод старый, но для тонких (до 200 мкм) покрытий на сложных поверхностях до сих пор не имеет аналогов по равномерности. Хотя с адгезией действительно есть нюансы – без последующего изостатического прессования прочность ниже на 20-25%.

Проблемы термообработки

Спекание – вот где кроется 80% всех технологических сюрпризов. Мы в ООО Цзиюань Саифу Промышленная Керамика перешли на медленный подъем температуры до 600°C – зато практически исключили трещинообразование от испарения связующих. Хотя цикл удлинился на 40%, брак упал с 12% до 3%.

Атмосфера печи – отдельная головная боль. С кислородными датчиками постоянно проблемы – то дрейфуют, то керамические электролиты выходят из строя. Приходится дублировать газоанализаторами, хотя они дают запаздывание на 2-3 минуты. Для некоторых покрытий на основе карбида кремния это критично – успевает образоваться слой оксида толщиной в микрон.

Охлаждение многие недооценивают, а ведь именно здесь возникают остаточные напряжения. Мы для ответственных деталей внедрили ступенчатое охлаждение с выдержкой при 800°C – дорого, но предотвращает деформацию подложки. Хотя для серийных изделий такой подход, конечно, нерентабелен.

Контроль качества и типичные дефекты

Ультразвуковой контроль – вечная борьба с ложными сигналами. Особенно мешают поры ближе к поверхности – они маскируют более опасные дефекты в глубине. Пришлось комбинировать с рентгеном, хотя это удорожает проверку на 60%.

Адгезию проверяем по методу скалывания, но и здесь подвох – если клей прочнее покрытия, результат искажается. Перепробовали с десяток составов, пока не остановились на эпоксидной смоле ET-200 с прочностью на отрыв 45 МПа.

Микротвердость – казалось бы, простой тест, но индентор из алмаза со временем притупляется, и показатели начинают 'ползти'. Калибруем через каждые 50 замеров, хотя по ГОСТу достаточно 200. Зато клиенты ни разу не жаловались на расхождения в сертификатах.

Практические кейсы и решения

Для нефтяных клапанов пришлось разрабатывать покрытие, устойчивое к сероводородной коррозии – стандартные циркониевые составы не выдерживали больше 3 месяцев. Добавка 8% оксида иттрия помогла, но пришлось пересмотреть весь цикл термообработки – иттрий замедляет диффузию при спекании.

А вот для пищевого оборудования ошиблись с толщиной – сделали 300 мкм вместо рекомендуемых 150, и покрытие начало отслаиваться от циклических температурных расширений. Пришлось remachining делать за свой счет, зато теперь для каждого применения считаем коэффициент теплового расширения подложки.

Сейчас экспериментируем с наноструктурированными покрытиями – теоретически прочность выше, но пока не можем стабилизировать свойства от партии к партии. Видимо, проблема в агрегации наночастиц при сушке суспензии – пробуем разные диспергаторы, но идеального решения еще нет.

Экономические аспекты и оптимизация

Себестоимость производство керамических покрытий на 60% складывается из энергозатрат – особенно дорогой отжиг при высоких температурах. Переход на рекуперацию в печах дал экономию 18%, но потребовал переделки системы газоподготовки.

Отходы – отдельная боль. Дробленый брак пытаемся использовать как наполнитель для менее ответственных покрытий, но его доля не больше 15% – дальше страдает качество. Сейчас тестируем технологию переплавки в индукционных печах, но пока дороже, чем утилизация.

Автоматизация – купили японский робот-манипулятор для нанесения суспензии, но оказалось, что для мелкосерийного производства он не окупается. Простаивает 70% времени, хотя для серии от 1000 одинаковых деталей незаменим. Видимо, будем брать заказы субподрядом на такие объемы.