satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2018-17-1-21-28sat-1311Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЕННЫХ ДВУХСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ (ВЯЗКИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ NiCr И ТВЕРДЫЙ ZrO2 СЛОИ)FORMATION AND STUDY OF PLASMA SPRAYING DOUBLE-LAYER COMPOSITE COATINGS (VISCOUS METALLIC NiCr AND SOLID ZrO2 LAYER)ОковитыйВ. А.OkovityV. A.

Кандидат технических наук 

Адрес для переписки: Оковитый Вячеслав Александрович – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Тел.: +375 17 293-93-71    niil_svarka@bntu.by

Address for correspondence: Okovity Vjacheslav A. – Belarusian National Technical University, 65 Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-93-71   niil_svarka@bntu.by

niil_svarka@bntu.byПантелеенкоФ. И.PanteleenkoF. I/

Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

ОковитыйВ. В.OkovityV. V.

Инженер

АсташинскийВ. М.AstashinskyV. M.

Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор физико-математических наук, профессор

ХрамцовП. П.HramtsovP. P.

Доктор физико-математических наук

ЧерникМ. Ю.ChernikM. Y.

Кандидат физико-математических наук

УгловВ. В.UglovV. V.

Доктор физико-математических наук

ШиманскийВ. И.ChimanskiyV. I.

Кандидат физико-математических наук

ЧерендаН. Н.CerendaN. N.

Кандидат физико-математических наук

СоболевскийС. Б.SobolewskiS. B.

Кандидат технических наук

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН БеларусиБеларусьA.V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of NAS of BelarusBelarusДоктИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларусиор физико-математических наукБеларусьA.V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of NAS of BelarusBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusБелорусский институт системного анализа и информационного обеспечения научно-технической сферыБеларусьBelarusian Institute of System Analysis and Information Support for Scientific and Technical SphereBelarus2018090220181712128Copyright © Оковитый В.А., Пантелеенко Ф.И., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Храмцов П.П., Черник М.Ю., Углов В.В., Шиманский В.И., Черенда Н.Н., Соболевский С.Б., 20182018Оковитый В.А., Пантелеенко Ф.И., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Храмцов П.П., Черник М.Ю., Углов В.В., Шиманский В.И., Черенда Н.Н., Соболевский С.Б.Okovity V.A., Panteleenko F.I., Okovity V.V., Astashinsky V.M., Hramtsov P.P., Chernik M.Y., Uglov V.V., Chimanskiy V.I., Cerenda N.N., Sobolewski S.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1311

В статье приведены результаты исследования влияния параметров плазменной струи и фракционного состава исходного порошка на характеристики двухслойных композиционных покрытий на основе никель-хрома и диоксида циркония на элементах защитных экранов. Проведена оптимизация на основании получения максимального коэффициента использования порошка. Сравнительный анализ зависимости коэффициента использования порошка вязких металлических слоев никель-хрома и никель-алюминия от дистанции напыления показывает, что при аналогичном характере кривых представленных зависимостей по абсолютной величине значения коэффициента использования порошка больше при оптимальных режимах для порошка никель-хрома. Это можно объяснить высокой пластичностью последнего и соответственно меньшим отскоком соударяющихся с подложкой частиц. Приведены результаты исследований микроструктуры поперечных сечений сформированных покрытий, выполненных с использованием растровой электронной микроскопии. Рассмотрены микроструктуры поперечных сечений покрытия ZrO2 и промежуточного слоя Ni–Cr. Из представленных данных видно, что в исходном состоянии покрытие характеризуется пористостью, причем средний размер пор составляет несколько микрометров и в некоторых областях достигает 20 мкм. Микроструктура слоя Ni–Cr характеризуется меньшей пористостью. Воздействие на напыленное покрытие компрессионных плазменных потоков приводит к формированию переплавленного слоя оксида толщиной 12–15 мкм, способствует сглаживанию рельефа поверхности и образованию на поверхности трещин, распространяющихся преимущественно в глубину покрытия. Обработка оксидных покрытий компрессионной плазмой приводит также к снижению их пористости.

. The paper presents results pertaining to investigations on influence of plasma jet parameters and fractional composition of initial powder on characteristics of two-layer composite coatings on the basis of nickel-chromium, and zirconium dioxide in the shielding elements. Optimization has been carried out on the basis of obtaining maximum powder use factor. A comparative analysis for dependence of the powder use factor in viscous metal layers of nickel-chrome and nickelaluminum on spraying distance shows that while having similar character of curves for the presented dependencies an absolute value of powder use factor is higher for nickel-chromium powder. It can be explained by a higher ductility of the latter and correspondingly smaller rebound of particles which are colliding with substrate. The investigation results for cross section microstructure in the formed coatings while using scanning electron microscopy are given in the paper. The paper considers cross section microstructures for ZrO2-coating and intermediate Ni–Cr layer. The submitted data reveal that an initial stage of the coating is characterized by porosity and an average pore size is of several micrometers, and in some areas its size reaches 20 mm. The microstructure of a Ni–Cr layer is characterized by lower porosity. Impact of compression plasma flows on sprayed coating leads toformation of fused oxide layer with thickness of 12–15 mm and contributes to smoothing of surface relief and formation of cracks on the surface which are preferably propagating into coating depth. Processing of oxide coatings by compression plasma also results in reduction of their porosity.

плазменная струяпокрытияэлементы защитных экрановкоэффициент использования порошкаплазменные потокикубическая модификациядиоксид цирконияplasma jetcoatingsshielding elementspowder use factorplasma flowscubic modificationzirconium dioxideReferencesОптимизация процесса напыления керамических плазменных покрытий на модели элементов экранов противометеорной защиты / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Машиностроение и техносфера XXI в.: cб. трудов XXI Междунар. науч.-техн. конф., Севастополь, 15–20 сент. 2014 г. Донецк: МСМ, 2014. С. 206–208.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoino O. G., Astashinsky V. A. (2014) Optimization of Deposition Process for Ceramic Plasma Coatings on Models of Meteroid Protection Screen Elements. Mashinostroenie i Tekhnosfera XXI Veka. Sbornik Trudov XXI Mezhdunarodnoi NauchnoTekhnicheskoi Konferentsii, Sevastopol' 15–20 Sentyabrya 2014 g. [Mechanical Engineering and Technosphere of the XXI Century. Collection of works International Scientific and Technical Conference, Sevastopol, September 15–20]. Donetsk, MCM Publ., 206–208 (in Russian).Девойно, О. Г. Плазменные теплозащитные покрытия на основе диоксида циркония с повышенной термостойкостью / О. Г. Девойно, В. В. Оковитый // Наука и техника. 2015. № 1. С. 35–39.Devoyno O. G., Okovity V. V. (2015) Plasma Thermal Barrier Coatings Based on Zirconium Dioxide with High Thermal Stability. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, (1), 35–39 (in Russian).Разработка технологии нанесения плазменных композиционных покрытий на основе диоксида циркония для систем космических аппаратов / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Наука и техника. 2015. № 3. С. 5–9.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoino O. G., Astashinsky V. M., Okovity V. V., Sobolewski S. ?. (2015) Development of Technology for Application of Plasma Composite Coatings Based on Zirconium Dioxide for Spacecraft Systems. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, (3), 5–9 (in Russian).Оковитый, В. В. Выбор оксидов для стабилизации диоксида циркония при получении теплозащитных покрытий аппаратов / В. В. Оковитый // Наука и техника. 2015. № 5. С. 26–32.Okovity V. V. (2015) Selection of Oxides for Stabilization of Zirconium Dioxide while Obtaining Thermal Barrier Coatings. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, (5), 26–32 (in Russian).Девойно, О. Г. Высокоэнергетическая обработка плазменных покрытий на основе диоксида циркония / О. Г. Девойно, В. В. Оковитый // Инновации в машиностроении (ИнМаш-2015): сб. тр. VII Междунар. науч.практ. конф., Кемерово, 23–25 сент. 2015 г. Кемерово: КузГТУ, 2015. C. 332–335.Devoyno O. G., Okovity V. V. (2015) High-Energy Treatment of Plasma Coatings Based on Zirconium Dioxide. Innovatsii v Mashinostroenii (InMash-2015): VII Mezhdunar. Nauch.-Prakt. Konf., 23–25 sent. 2015 g., Kemerovo: sb. tr. [Innovations in Mechanical Engineering (InMash-2015): Proceedings of Scientific and Technical Conference, 23–25 sept. 2015 g., Kemerovo]. Kemerovo, Kuzbass State Technical University, 332–335 (in Russian).Нанесение покрытий плазмой / В. В. Кудинов [и др.]. М.: Наука, 1990. 244 с.Kudinov V. V., Pekshev P. Yu., Belashchenko V. E., Kovalenko L. V. (1990) Plasma Coating Deposition. Moscow, Nauka Publ. 244 (in Russian).Анциферов, В. Н. Газотермические покрытия / В. Н. Анциферов [и др.]. Екатеринбург: Наука, 1994. 324 с.Antsiferov V. N., Shmakov A. M., Ageev S. S., Bulanov V. Ya. (1994) Gas-Thermal Coatings. Ekaterinburg, Nauka Publ. 324 (in Russian).Куприянов, И. Л. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления / И. Л. Куприянов. Минск: Навука i тэхнiка, 1990. 254 с.Kupriyanov I. L. (1990) Gas-Thermal Coatings with High Adhesion Strength / I. L. Kupriyanov. Minsk, Navuka i Tekhnika Publ. 254 (in Russian).Газотермическое напыление композиционных порошков / А. Я. Кулик [и др.]. М., 1985. 261 с.Kulik A. Ya., Borisov Yu. S., Mnukhin A. S., Nikitin M. D. (1985) Gas-Thermal Spraying of Composite Powders. Moscow, Mashinostroenie Publ. 261 (in Russian).Теплозащитные покрытия на основе ZrO2 / А. Ф. Ильющенко [и др.]. Минск: Ремика, 1998. 128 с.Il'yushchenko A. F., Ivashko V. S., Okovity V. A., Sobolevski S. B. (1998) Thermal-Protective Coating Based on ZrO2. Minsk, Publishing House “Remika”. 128 (in Russian).Акишин, А. И. Космическое материаловедение / А. И. Акишин. М.: НИИЯФ МГУ, 2007. С. 209.Akishin A. I. (2007) Space Material Science. Moscow, Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics – Lomonosov Moscow State University. 209 (in Russian).Формирование и исследование многослойных композиционных плазменных оксидных покрытий на элементах экранной противометеорной защиты / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2016. Т. 15, № 5. С. 357–364. DOI: 10.21122/2227-1031-2016-15-5-357-364.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Devoino O. G., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Khramtsov P. P., Chernik M. Yu., Uglov V. V., Sobolevski S. B. (2016) Formation and Research of Multi-Layer Composite Plasma Oxide Coatings Based on Elements of Screen Meteroid Ptotection. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, 15 (5), 357–364 (in Russian). DOI: 10.21122/22271031-2016-15-5-357-364.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.