Методы плазменного напыления относятся к числу наиболее активно развивающихся направлений в области защитных покрытий.

Они заняли место в группе промышленно развитых методов и характеризуются высокой универсальностью, производительностью, легкостью в автоматизации, высокой скоростью протекания физических процессов и др. Напыление может производиться как на малые поверхности изделий, так и на большие, практически без ограничения размеров поверхности. Использование плазмы позволяет создавать покрытия различного назначения (износостойкие, коррозионностойкие, теплозащитные, электроизоляционные и другие).

Практический опыт применения плазменных покрытий, накопленный за последние 20-30 лет в различных отраслях промышленности, показывает, что износ деталей машин, эксплуатируемых в самых разных условиях, уменьшается, как правило, в 2-5 раз.

Традиционно для плазменного напыления использовали инертные газы (азот, аргон, гелий, аммиак и их смеси с водородом). Дороговизна и дефицитность их обуславливали трудность при практической реализации плазменных технологий. Использование в качестве плазмообразующей среды смеси воздуха с углеводородным газом (метаном, пропан-бутаном) или сжатого воздуха позволило реализовать на практике в широком промышленном масштабе новый тип плазменных установок. Особенности таких установок и реализуемых технологических процессов - комбинирование электрической и тепловой энергии, которая выделяется в зоне нагрева материала.

При плазменном нанесении покрытий на поверхности изделия формируется слой из частиц порошка, обладающих определенным запасом тепловой и электрической энергии, полученной в результате взаимодействия со струей дуговой плазмы. Температура плазменной струи достигает 5000-10000 К, а скорость истечения - 1000-3000 м/с. В плазменной струе частицы порошка грануляцией 20-150 мкм расплавляются и преобретают скорость 300-500 м/с. В результате нанесения формируется композиционное покрытие, которое состоит из алюминиевой матрицы с равномерно распределенными в нем, и металлургически связанными, частицами керамики, хорошо сцеплено с основой - прочность на отрыв - 35 МПа, имеет низкую пористость - 0,5%.

Процесс плазменного напыления осуществляется следующим образом. Плазматрон закрепляют в приспособлении для нанесения и устанавливают на заданном расстоянии от детали. Дистанция напыления составляет 100-300 мм. Приспособление для напыления может обеспечить плавное перемещение напыляемого материала относительно поверхности изделия для получения равномерной толщины покрытия.

Скорость перемещения струи относительно изделия составляет 3-15 м/мин., окружающая скорость вращения изделия - 10-15 м/мин. Ось сопла плазматрона должна быть направлена к напыляемой поверхности под углом 60-90°. В качестве плазмообразующего газа используют компримированный очищенный от влаги и масла воздух с давлением до 0,3 МПа и метан или пропан-бутан по ГОСТ 20443-80.

Технологическая линия по нанесению алюмокерамического покрытия плазменным методом на наружную поверхность труб диаметрами 57ч1420 мм состоит в основном из следующего оборудования:

1. накопителя для черных труб;
2. рольганов для перемещения и вращения труб;
3. установки чернового отжига труб;
4. проходной дробеструйной или дробеметной установки;
5. камеры плазменного напыления;
6. стенда контроля качества покрытий.

В состав камеры входит плазматрон, два питателя-дозатора с системой управления, источник электропитания, газоприготовительная станция и пульт управления.

Технология плазменного нанесения алюмокерамических покрытий имеет следующие особенности:

1. отсутствие ограничений по толщине покрытия, наносимого за один проход;
2. малые габариты рабочей камеры для нанесения покрытий;
3. грануляция напыляемого порошка до 150 мкм;
4. возможность нанесения покрытия из любых механических смесей порошков;
5. возможность нанесения покрытия на наружные поверхности тел вращения;
6. снижение затрат энергии на получение покрытия;
7. возможность полной автоматизации процесса.

Алюмокерамическое покрытие конкурирует с лакокрасочными, гальваническими покрытиями, получаемыми окунанием в сплав, стеклоэмалевыми, битумными, битумно-резиновыми, полимерными и эпоксидными.

Для данного покрытия характерна высокая стойкость к воздействию агрессивных сред с водородным показателем рН=2-12. Под воздействием основных эксплуатационных факторов старения (температуры, совместно температуры и влаги, агрессивных сред, электрических потенциалов) алюмокерамическое покрытие не изменяет своих первоначальных свойств и выполняет роль протекторной защиты. Выдерживает нагрев до 450°С. При напылении на сварные швы не только защищает шов от коррозии, но и придает сварному соединению повышенную сопротивляемость зарождению коррозионно-усталостных трещин, в том числе инициируемых в линии сплавления при повторно-статическом нагружении.

Наличие алюмокерамического покрытия защищает также участки с частичными отслоениями покрытия.

Зависимости защитных свойств от его толщины в пределах 150-400 мкм не выявлено.

Алюмокерамическое покрытие не требует дополнительной пропитки и прокатки, превосходит алюминиевое по коррозионной стойкости более чем в 2 раза, а по износостойкости в 6-8 раз.

Результаты испытаний алюмокерамического покрытия при воздействии основных эксплуатационных факторов старения на фирме по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации электростанций и сетей "Фирма ОРГРЭС" позволяют рекомендовать его в качестве антикоррозийной защиты трубопроводов подземной прокладки тепловых сетей в соответствии с РД 34.20.518-95 "Типовая инструкция по защите тепловых сетей от наружной коррозии".

Плазменный способ высокопроизводительный - до 30 кг/ч, позволяет получать антикоррозионные алюмокерамические покрытия.

Покрытие предназначено для защиты от коррозии конструкций из черных металлов, которые эксплуатируются в сильно и слабо агрессивных средах, в том числе трубопроводов.