satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2023-22-3-179-185sat-2665Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCEАспекты создания многослойных покрытий методом плазменного напыленияAspects of Creating Multilayer Coatings by Plasma SprayingПантелеенкоФ. И.PanteleenkoF. I.

Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

Минск

Minsk

ОковитыйВ. А.OkovityV. A.

Кандидат технических наукАдрес для переписки:Оковитый Вячеслав Александрович –Белорусский национальный технический университет,ул. Я. Коласа, 22,220013, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 17 293-93-71niil_svarka@bntu.by

Minsk

niil_svarka@bntu.byДевойноО. Г.DevoinoO. G.

 Доктор технических наук, профессор

Minsk

ЛитвинкоА. А.LitvinkoA. A.

Инженер

Минск

Minsk

ОковитыйВ. В.OkovityV. V.

Инженер

Минск

Minsk

АсташинскийВ. М.AstashinskyV. M.

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

Минск

Minsk

БлюменштейнВ. М.BlumensteinV. M.

Доктор технических наук

Кемерово

 

Kemerovo

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 BelarusBelarusКузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. ГорбачеваРоссияKuzbass State Technical University named after T. F. GorbachevRussian Federation202305062023223179185Copyright © Пантелеенко Ф.И., Оковитый В.А., Девойно О.Г., Литвинко А.А., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Блюменштейн В.М., 20232023Пантелеенко Ф.И., Оковитый В.А., Девойно О.Г., Литвинко А.А., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Блюменштейн В.М.Panteleenko F.I., Okovity V.A., Devoino O.G., Litvinko A.A., Okovity V.V., Astashinsky V.M., Blumenstein V.M.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/2665

. В работе с учетом состояния вопроса в области нанесения многослойных теплозащитных и износостойких покрытий обоснованы направления исследований. Задачами разработки являются: совершенствование порошковых материалов, содержащих частично стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония для плазменного нанесения теплозащитных покрытий; совершенствование порошковых материалов, содержащих оксидную керамику и сплавы на основе никеля для плазменного нанесения износостойких покрытий; отработка технологических параметров плазменного напыления и последующей обработки воздействиями на покрытие компрессионной плазмы; анализ качества полученных по оптимальной технологии защитных покрытий путем исследования их структуры и физико-механических свойств. Частицы ZrO2 – 7 % Y2O3 содержат преобладающую тетрагональную фазу Y0,15Zr0,85O0,93, моноклинную и кубическую фазы ZrO2, а композиция Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta содержит способствующие ее износостойкости фазу Cr1,12Ni2,88 твердого раствора на основе никеля, фазы a-Al2O3, g-Al2O3, орторомбическую фазу оксида титана TiO2. Исследованы с последующей оптимизацией технологические параметры для процесса плазменного напыления многослойных теплозащитных и износостойких покрытий. Критериями оптимизации служили коэффициент использования напыляемого порошкового материала и структура покрытий. Исследовано влияние дистанции напыления на значения эксплуатационных характеристик сформированных плазменных покрытий на Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta. Приведены полученные результаты регулирования фазового состава покрытий с помощью варьирования химического состава порошковых материалов, отличия в фазовом составе сформированного материала тем значительнее, чем более неоднородно распределение элементов в исходном порошковом материале. Проведены испытания на циклическое тестирование в печи при максимальной температуре в пределах 1300 °C теплозащитных покрытий для выявления их термостойкости. Они доказали влияние фазового состава сформированных покрытий на их способность противостоять высокотемпературному окислению.

 

 

In the work, taking into account the state of the issue in the field of applying multilayer heat-shielding and wear-resistant coatings, directions of research are substantiated. The objectives of the development are: improvement of powder materials containing zirconium dioxide partially stabilized with yttrium oxide for plasma deposition of heat-shielding coa-tings; improvement of powder materials containing oxide ceramics and nickel-based alloys for plasma deposition of wear-resistant coatings; development of technological parameters of plasma spraying and subsequent processing by the effects of compression plasma on the coating; analysis of the quality of protective coatings obtained using the optimal technology by studying their structure and physical and mechanical properties. The ZrO2 – 7 % Y2O3 particles contain the predominant tetragonal Y0.15Zr0.85O0.93 phase, monoclinic and cubic ZrO2 phases, and the Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta composition contains the Cr1.12Ni2.88 phase of the nickel-based solid solution, the a-Al2O3, g-Al2O3 phases, and the orthorhombic phase of titanium oxide TiO2 that contribute to its wear resistance. subsequent optimization of technological parameters for the process of plasma spraying of multilayer heat-shielding and wear-resistant coatings. Technological parameters for the process of plasma spraying of multi-layer heat-shielding and wear-resistant coatings are investigated with subsequent optimization. The optimization criteria were the utilization factor of the sprayed powder material and the structure of the coatings. The influence of the spraying distance on the values of operational characteristics of the formed plasma coatings on Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta has been studied. The obtained results of controlling the phase composition of coatings by varying the chemical composition of powder materials are presented. In the process of deposition, the differences in the phase composition of the formed material are the more significant, the more inhomogeneous the distribution of elements in the initial powder material. Tests have been carried out for cyclic testing in an oven at a maximum temperature within 1300 °C of heat-shielding coatings to determine their heat resistance. They proved the influence of the phase composition of the formed coatings on their ability to withstand high-temperature oxidation.

плазменный процессмногослойностьтеплозащитаизносостойкостьоптимизация режимовэксплуатационные характеристикициклическое тестированиепараметры процессаструктура покрытийplasma processlayeringthermal protectionwear resistanceoptimization of modesoperational characteristicscyclic testingprocess parameterscoating structureReferencesФормирование и исследование плазменных двухслойных композиционных покрытий (вязкий металлический слой NiCr и твердый ZrO2) / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 1. С. 21–28. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-21-28.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Astаshinsky V. M., Hramtsov P. P., Chernik M. Y., Uglov V. V., Chimanskiy V. I., Cerenda N. N., Sobolewski S. B. (2018) Formation and Study of Plasma Spraying Double-Layer Composite Coatings (Viscous Metallic NiCr and Solid ZrO2 Layer). Nauka i Technika = Science & Technique, 17 (1), 21–28. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-21-28 (in Russian).Технологические особенности формирования плазменных порошковых покрытий из керамики с неравновесной структурой / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 3. С. 183–189. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-183-189.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Astashinsky V. M., Okovity V. V. (2018) Technological Specific Features on Formation of Plasma Powder Coatings from Ceramics with Non-Equilibrium Structure. Nauka i Technika = Science аnd Technique, 17 (3), 183–189. https://doi.org/21122/2227-1031-2018-17-3-183-189 (in Russian).Формирование и исследование плазменных порошковых покрытий из оксидной керамики, модифицированной высокоэнергетическими воздействиям / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 5. С. 377–389. https://doi.org/10.21122/2227-1031-201817-5-378-389.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Uglov V. V., Chimanskiy V. I., Cerenda N. N. (2018) Formation and Investigation of Plasma Powder Coatings Made of Oxide Ceramics Modified with High-Energy Effects. Nauka i Technika = Science & Technique, 17 (5), 378–389. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-5-378-389 (in Russian).Формирование покрытий на основе диоксида циркония на элементах экранов противометеорной защиты / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбаcского технического университета. 2018. № 6 (130). С. 94–101. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2018-6-94-100.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Uglov V. V. (2018) Formation of Coatings on the Basis of zirconium Dioxide on the Elements of Screens of Anti-Elementary Protection. Vestnik Kuzbasskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 130 (6), 94–100. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2018-6-94-100 (in Russian).Формирование плазменных порошковых покрытий из металлокерамики с последующим высокоэнергетическим модифицированием / В. А. Оковитый [и др] // Наука и техника. 2020. Т. 19, № 6. С. 469–474. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-6-469-474.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Astashinsky V. M. (2020) Formation of Plasma Powder Coatings from Cermet with Subsequent High-Energy Modification. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, 19 (6), 469–474. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-6-469-474 (in Russian).Разработка композиционного материала на основе керамики с применением добавок соединений тугоплавких металлов / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбаcского государственного технического университета. 2020. № 4 (140). С. 18–24. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2020-4-18-24.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Sidorov V. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Rafal K. (2020) Develoрment of Composite Material Based on Ceramics with the Use of Additives of Refractory Metal Compounds. Vestnik Kuzbasskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 140 (4), 18–24. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2020-4-18-24 (in Russian).Формирование и исследование многослойных композиционных плазменных покрытий / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2021. № 2. С. 15–27.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoyno O. G., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Uglov V. V. (2021) Formation and Research Multilayer Composite Plasma Coatings. Vestnik GGTU im. P. O. Sukhogo = Bulletin Sukhoi State Technical University of Gomel, (2), 15–27 (in Russian).Обзор современного применения металлокерамических покрытий / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2021. № 3. С. 5–17. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2021-3-5-17.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Sidorov V. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M. (2021) Overview of Modern Ceramic Coating Applications. Vestnik Kuzbasskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 145 (3), 5–17. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2021-3-5-17 (in Russian).Оптимизация процесса нанесения покрытий из порошков металлокерамики методами плазменного напыления на воздухе / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2021. Т. 20, № 5. С. 369–374. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-5-369-374.Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Astashinsky V. M. (2021) Optimization of Coating Process from Cermet Powders by Plasma Spraying in Air. Nauka i Technika = Science & Technique, 20 (5), 369–374. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-5-369-374 (in Russian).Multi-Layers Composite Plasma Coatings Based on Oxide Ceramics and M-Croll / F. I. Panteleenko [et al.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 2. С. 93–98. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-2-93-98.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devоino O. G., Astashinsky V. M., Switala F. (2022) Multi-Layers Composite Plasma Coatings Based on Oxide Ceramics and M-Croll. Nauka i Technika = Science & Technique, 21 (2), 93–98. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-293-98.Выбор оптимальных параметров нанесения многослойных плазменных покрытий из материалов на основе никелевых М-кролей / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2022. № 1. С. 12–22. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2022-1-12-22.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Sidorov V. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Franciszek S., Blumenstein V. Yu. (2022) Selection of Optimal Parameters for Applying Multilayer Plasma Coatings From Materials Based on Nickel M-Croul. Vestnik Kuzbasskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 149 (1), 12–22. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2022-1-12-22 (in Russian).

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