Zu den Kernprozessen für die H13-Stahlkeramikbeschichtung gehören hauptsächlich Plasmaspritzen (APS), Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) und physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Jede dieser drei Methoden hat ihren eigenen Schwerpunkt in Bezug auf Ausrüstungsprinzipien, Prozessparameter und anwendbare Szenarien, aber alle erfordern drei Hauptphasen: Substratvorbehandlung, Sprühen/Abscheiden und Nachbehandlung.
I. Allgemeiner Vorbehandlungsprozess (von allen Prozessen gemeinsam)
Unabhängig von der verwendeten Beschichtungstechnologie muss das H13-Stahlsubstrat einer strengen Vorbehandlung unterzogen werden, um die Haftfestigkeit sicherzustellen:
Entfetten und Reinigen: Oberflächenöl mit Aceton oder Ultraschallreinigung entfernen.
Sandstrahlen und Aufrauen: Sandstrahlen Sie die Oberfläche mit Al₂O₃-Strahlmittel (60–80 Mesh), um die Oberflächenrauheit (Ra größer oder gleich 3,2 μm) zu verbessern und die mechanische Haftung zu verbessern.
Vorwärmbehandlung: Erhitzen Sie das Werkstück auf 150–200 Grad, um thermische Spannungsunterschiede beim Spritzen zu reduzieren.
II. Detaillierte Erläuterung von drei Hauptprozessen
1. Plasmaspritzen (APS)
Verwendet einen Hochtemperatur-Plasmalichtbogen, um Keramikpulver zu schmelzen und es mit hoher Geschwindigkeit auf die Substratoberfläche zu sprühen.
Prozessschritte:
1. Plasmabogenerzeugung: Ein Ar/N₂/H₂-Mischgas wird durch einen elektrischen Lichtbogen ionisiert, um einen Plasmastrahl mit Temperaturen von bis zu 15.000–20.000 K zu bilden.
2. Pulverzufuhr und Schmelzen: Al₂O₃-, ZrO₂- oder Al₂O₃-TiO₂-Pulver wird in den Strahl eingespeist und auf einen geschmolzenen oder halb-geschmolzenen Zustand erhitzt.
3. Hochgeschwindigkeitsabscheidung: Pulver trifft mit einer Geschwindigkeit von 200–600 m/s auf das Substrat und kühlt schnell ab, um eine Beschichtung zu bilden.
4. Steuerparameter: Strom 100–600 A, Spannung 30–80 V, Pulverzufuhrrate 10–30 g/min
5. Eigenschaften: Kann verschiedene Keramikmaterialien sprühen; Schichtdicke 100–200 μm, Porosität ca. 2–5 %.
6. Hochspannungs-Flammspritzen (HVOF): Erzielen einer dichten Beschichtungsabscheidung durch die Erzeugung eines Überschallflammenstroms durch die Verbrennung von Kraftstoffen (wie Kerosin oder Wasserstoff) und Sauerstoff unter hohem Druck.
2. Prozessschritte des Hochspannungsflammspritzens (HVOF):
Verbrennungsreaktion: Kraftstoff und O₂ verbrennen kontinuierlich in der Brennkammer und erzeugen eine Hochtemperaturflamme von 2900–3000 Grad.
Gasbeschleunigung: Gas expandiert durch eine Lavaldüse und bildet einen Überschallstrahl von 1500–2000 m/s.
Pulverbeschleunigung und -abscheidung: Keramikpulver (wie WC-Co, Cr₃C₂-NiCr) wird in einen plastischen Zustand erhitzt und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat und bildet eine Beschichtung mit hoher -Haftung.
Typische Parameter: Sprühabstand 150–300 mm, Haftfestigkeit der Beschichtung kann über 70 MPa erreichen.
Eigenschaften: Porosität<1%, high bonding strength, suitable for high wear resistance and fatigue resistance conditions.
3. Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
In einer Vakuumumgebung wird das Zielmaterial physikalisch zerstäubt und auf der Substratoberfläche abgeschieden, um einen Film zu bilden.
Prozessschritte:
Staubsaugen: Evakuieren Sie die Kammer auf über 10⁻³ Pa, um eine saubere Umgebung zu gewährleisten.
Ionenreinigung: Führen Sie Ar-Gas ein und legen Sie eine negative Vorspannung an, um Argon-Ionen zu erzeugen, die die Werkstückoberfläche bombardieren und dabei Oxide aktivieren und entfernen.
Filmabscheidung: Verwenden Sie Lichtbogenverdampfung oder Magnetronsputtern, um Metalltargets wie Ti und Cr zu verdampfen, die mit N₂ reagieren und harte Beschichtungen wie TiN und CrN bilden.
Abscheidungskontrolle: Temperatur 200–500 Grad, Abscheidungsrate 0,1–1 μm/h, Filmdicke typischerweise 2–5 μm.
Merkmale: Dichte, nicht{0}}poröse Beschichtung mit hoher Oberflächengüte, geeignet für Präzisionsformen und Anti{1}adhäsionsanwendungen.
III. Nachbehandlung und Qualitätskontrolle
Langsames Abkühlen: Nach dem Sprühen langsam auf Raumtemperatur abkühlen, um thermische Spannungsrisse zu vermeiden.
Oberflächenveredelung: Schleifen oder Polieren nach Bedarf, um Maßgenauigkeit sicherzustellen.
Testmethoden:
Mikrohärtetest (HV)
Adhäsionstest (ASTM C633-Standard)
Metallografische Analyse und SEM-Beobachtung der Beschichtungsstruktur
