satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2016-15-5-357-364sat-941Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЭЛЕМЕНТАХ ЭКРАННОЙ ПРОТИВОМЕТЕОРНОЙ ЗАЩИТЫFORMATION AND RESEARCH OF MULTI-LAYER COMPOSITE PLASMA OXIDE COATINGS BASED ON ELEMENTS OF SCREEN METEROID PTOTECTIONОковитыйВ. А.OkovityV. A.

Кандидат технических наук 

Адрес для переписки: Оковитый Вячеслав Александрович - Белорусский национальный технический университет ул. Я. Коласа, 24, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 293-93-71 niil_svarka@bntu.by

Doctor of Engineering 

Address for correspondence: Okovity Vyacheslav A.— Belаrusian National Technical University, 24 Ya. Kolasa str., 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

Corresponding Member of NAS of Belarus, Professor, PhD in Engineering

ДевойноО. Г.DevoinoO. G.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

ОковитыйВ. В.OkovityV. V.

Graduate student

АсташинскийВ. М.AstashinskyV. M.

Доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси

Corresponding Member of NAS of Belarus, Professor, PhD in Physics and Mathematics

ХрамцовП. П.HramtsovP. P.

Доктор физико-математических наук

Professor, PhD in Physics and Mathematics

ЧерникМ. Ю.ChernikM. Yu.

Кандидат физико-математических наук

Doctor of Physics and Mathematics

УгловВ. В.UglovV. V.

Доктор физико-математических наук, профессор

Professor, PhD in Physics and Mathematics

СоболевскийС. Б.SobolevskуS. B.

Кандидат технических наук

Doctor of Engineering

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversitBelarusИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН БеларусиБеларусьA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the NAS of BelarusBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusБелНИИТ «Транстехника», МинскБеларусьBelarusian Research Institute of Transport “Transtekhnika”, MinskBelarus201627092016155357364Copyright © Оковитый В.А., Пантелеенко Ф.И., Девойно О.Г., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Храмцов П.П., Черник М.Ю., Углов В.В., Соболевский С.Б., 20162016Оковитый В.А., Пантелеенко Ф.И., Девойно О.Г., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Храмцов П.П., Черник М.Ю., Углов В.В., Соболевский С.Б.Okovity V.A., Panteleenko F.I., Devoino O.G., Okovity V.V., Astashinsky V.M., Hramtsov P.P., Chernik M.Y., Uglov V.V., Sobolevskу 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/941

Представлены результаты исследования влияния параметров плазменной струи (ток, дистанция напыления, расход плазмообразующего газа азота), фракционного состава исходного порошка и степени охлаждения сжатым воздухом на характеристики антиметеорных покрытий, режимы последующей обработки импульсной плазмой. Приведены свойства полученных покрытий и результаты баллистических испытаний. Предлагаемая методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях антиметеорного покрытия на основе оксида алюминия. Осуществлена оптимизация параметров плазменного напыления на воздухе для материалов NiAl и Al2O3. Оптимизацию параметров напыления проводили на основании получения максимального коэффициента использования материала. Выполнена обработка поверхности модели элементов экранов с двухслойным композиционным покрытием (вязкий металлический слой NiAl и слой из твердой оксидной керамики Al2O3) компрессионным плазменным потоком. В качестве рабочего газа использовали азот. Композиционное покрытие из твердой оксидной керамики Al2O3 представляет собой пористую структуру, состоящую из сплавленных частиц Al2O3 размером 10–15 мкм. В пространстве между частицами наблюдались металлические вкрапления, образовавшиеся в результате эрозии электродов плазмотрона. После обработки поверхности двухслойных композиционных покрытий компрессионным плазменным потоком на ней в результате нестационарных процессов плавления и перекристаллизации образовался высокопрочный поликристаллический слой. При этом те области поликристаллического слоя, где были металлические вкрапления, оказались окрашенными в различные цвета в зависимости от химического состава вкрапления.

The paper presents results of research for influence of plasma jet parameters (current, spraying distance, plasmasupporting nitrogen gas consumption), fractional composition of an initial powder and cooling degree by compressed air on characteristics of anti-meteorite coatings, subsequent processing modes by pulsed plasma. Properties of the obtained coatings and results of ballistic tests have been given in the paper. The proposed methodology has been based on complex metallographic, X-ray diffraction and electron microscopic investigations of anti-meteorite aluminum oxide coating. Optimization of air plasma spraying parameters for NiAl and Al2O3 materials has been carried out in the paper. The spraying parameters optimization has been executed on the basis of obtaining maximum materials utilization factor. Surface treatment of model screen elements with a double-layer composite coating (adhesive metal NiAl layer and hard ceramic oxide Al2O3 layer) has been fulfilled while using compression plasma stream. Nitrogen has been used as working gas. Composite hard ceramic oxide Al2O3 coating is represented by porous structure consisting of 10–15 µm-size fused Al2O3 particles. Metallic inclusions formed due to erosion of plasmatron electrodes have been observed in the space between the particles. Surface of bilayer composite coatings has been processed by a compression plasma stream and due to nonsteady processes of melting and recrystallization high strength polycrystalline layer has been formed on their surface. In this context, those areas of the polycrystalline layer which had metal inclusions have appeared to be painted in various colors depending on chemical composition of the inclusions.

плазменное покрытиеоксид алюминияимпульсная плазмаоптимизация процессаструктура покрытияфазовый составбаллистическая стойкостьplasma coatingaluminum oxidepulsed plasmaprocess optimizationcoating structurephase compositionballistic resistanceReferencesАкишин, А. И. Космическое материаловедение / А. И. Акишин. М.: НИИЯФ МГУ, 2007. 209 c.Akishin A. I. (2007) Space Materials Science. Moscow, Skobeltsyn Institute of Nucle?r Physics Lomonosa Moscow State University. 209 (in Russian).Новые наукоемкие технологии в технике: энцикл.: в 24 т. / под ред. К. С. Касаева. Т. 16, 17: Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. М.: ЭНЦИТЕХ, 2001.Kasaev K. S. [ed.] (2001) State-of-the Art High Technologies in Engineering. Encyclopedia Vol. 16, 17. Impact of Space Environment on Materials and Equipmentof Spacecrafts. Moscow, Publishing House “ENTsITEKh”. (in Russian).Akishin, A. I. Effects of Space Conditions on Materials /A.I. Akishin. New York: Nova Science Publ., 2001. 199 p.Akishin A. I. (2001) Effects of Space Conditions on Materials. New York, Nova Science Publ. 199.Кудинов, В. В. Плазменные покрытия / В. В. Кудинов. М.: Наука, 1997. С. 184.Kudinov V. V. (1997) Plasma Coatings. Moscow, Nauka. 184 (in Russian).Кулик, А. Я. Газотермическое напыление композиционных порошков / А. Я. Кулик, Ю. С. Борисов, А. С. Мнухин. Минск: Машиностроение, 1995. С. 200.Kulik A. Ya., Borisov Yu. S., Mnukhin A. S. (1995) Gas Thermal Spraying of Composite Powders. Minsk, Mashinostroyenie. 200 (in Russian).Кудинов, В. В. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий / В. В. Кудинов. М.: Машиностроение, 1981. С. 192.Kudinov V. V. (1981) Plasma-Deposited Refractory Coatings. Moscow, Mashinostroyenie. 192 (in Russian).Хасуй, А. Техника напыления / А. Хасуй. М.: Машиностроение, 1975. С. 286.Khasuy A. (1975) Spray Coating Technology. Moscow, Mashinostroyenie. 286 (in Russian).Вяльцев, А. М. Синтез керамических материалов для высокоплотных покрытий / А. М. Вяльцев // Получение и исследование свойств новых материалов. Киев: ИПМ, 1988. С. 149–153.Vialtsev A. M. (1988) Synthesis of Ceramic Materials for High-Density Coatings. Preparation and Property Investigation of New Materials. Kiev: Institute for Problems in Materials Science [IPMS], 149–153 (in Russian).Бузовкина, Т. Б. Исследование теплопроводности и физико-химических характеристик высокотемпературных напыленных покрытий на основе окиси алюминия / Т. Б. Бузовкина. Л., 1973. 21 с.Buzovkina T. B. (1973) Investigation of Thermal Conductivity, Chemical and Physical Characteristics of HighTemperature Sprayed Coatings Based on Aluminum Oxide.Leningrad. 21 (in Russian).Ильющенко, А. Ф. Формирование износостойких плазменных покрытий на основе композиционных самосмазывающихся материалов / А. Ф. Ильющенко, В. А. Оковитый, А. И. Шевцов. Минск: Беспринт, 2005. C. 253.Ilyushchenko A. F., Okovity V. A., Shevtsov A. I. (2005) Formation of Wear-Resistant Plasma Coatings Based on Composite Self-Lubricating Materials. Minsk: Publishing House “Besprint”. 253 (in Russian).Получение композиционного керамического материала для нанесения износостойких покрытий / В. А. Оковитый [и др.] // Порошковая металлургия. 2008. Вып. 31. С. 156–162.Okovity V. A. [et al.] (2008) Preparation of Composite Ceramic Material for Wear-Resistant Coatings. Poroshkovaia Metallurgiia. Respublikanskii Mezhvedomstvennyi Sbornik Nauchnykh Trudov [Powder Metallurgy. Republican Interdepartmental Collection of Scientific Papers], 31, 156–162 (in Russian).Физические принципы работы двухстадийной легкогазовой магнитоплазменной метательной установки для баллистических испытаний в условиях глубокого вакуума / П. П. Храмцов [и др.] // ИФЖ. 2015. Т. 88, № 5. C. 1118–1126.Khramtsov P. P., Penyazkov O. G., Vasetskii V. A., Grishchenko V. M., Makhnach A. I., Shikh I. A. (2015). Physical Principles of Operation of a Two-Stage Light Gas Magnetoplasma Launcher for High-Vacuum Ballistic Tests. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 88 (5), 1154–1162. DOI: 10.1007/s10891-015-1295-2.

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