Оптимизация процесса нанесения покрытий из порошков металлокерамики методом плазменного напыления на воздухе

Произведена оптимизация процесса нанесения покрытий из порошков металлокерамики с различным содержанием твердой фазы методом плазменного напыления на воздухе для восстановления и упрочнения деталей машин и механизмов, работающих в неблагоприятных условиях. Такие условия обычно создаются в тяжело нагруженных трибосопряжениях во время работы механизмов с небольшой скоростью относительного перемещения поверхностей при трении. Эксплуатируемые рабочие поверхности разрушаются в основном из-за микроконтактного схватывания и последующего отрыва сформированных частиц в точках их контакта. Нанесение специальных защитных покрытий с требуемыми свойствами возможно при изготовлении качественных исходных порошковых материалов и оптимизации технологии их нанесения. Получить такие порошки и порошковые композиции можно методом агломерирования мелкодисперсной порошковой шихты с ее последующим высокотемпературным спеканием. Для выявления механизма упрочнения сформированных газотермическим напылением композиционных покрытий из металлокерамики важные этапы – это оптимизация параметров процесса напыления и изучение свойств получаемых плазменных покрытий. При оптимизации технологических параметров плазменного напыления покрытий учитывали коэффициент использования порошкового материала как основного показателя эффективности процесса, структуру полученных слоев, морфологию отдельных нанесенных на полированную поверхность частиц. В статье приведены данные об элементах структуры напыленных материалов для износостойких покрытий, полученных плазменным напылением на оптимальных режимах. С учетом процессов, происходящих при изнашивании трибосопряжений, эти данные свидетельствуют об имеющихся предпосылках износостойкости исследуемых композиционных покрытий из металлокерамики. Специальные износостойкие покрытия из материалов с мягкой матрицей, упрочненных твердыми включениями Al₂O₃–TiO₂–Ni–Cr–Al–Y, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. На основе подробного анализа особенностей металлокерамических плазменных покрытий можно констатировать, что такие порошковые композиции (комплексные оксиды – металлическая составляющая) часто используются в качестве износостойких плазменных покрытий. Результаты исследований могут быть учтены в случаях нанесения износостойких плазменных покрытий из металлокерамики и композиций на их базе, содержащих твердые фазы в виде оксидов, а также изготовления целого спектра деталей, работающих в условиях интенсивного износа.

1. Results of Investigation APS Рrocess of Formation Plasma Spraing / V. А. Okovity [et al.] // Powder Technology 95, V-the Baltic Conference Nov. 7–8, 2005. Tallinn, 2005. P. 58–60.

2. Properties of Plasma Spraing Coatings / V. А. Okovity [et al.] // Nove Smery vo Vyrobnych Technologiach 2000: Proc. of 6 Conference. Presov (Slovenska Republic), 2001. Р. 221–225.

3. Получение композиционного керамического материала для газотермического напыления / В. А. Оковитый [и др.] // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 3. С. 181–188. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-3-181-188.

4. Пантелеенко, Ф. И. Исследование плазменных двухслойных композиционных покрытий диоксид циркония – нихром / Ф. И. Пантелеенко, В. А. Оковитый, Е. Ф. Пантелеенко // Актуальные проблемы в машиностроении. 2017. Т. 4, № 3. С. 100–105.

5. Формирование и исследование плазменных двухслойных композиционных покрытий (вязкий металлический NiCr и твердый ZrO2 слои) / 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.

6. Способ получения композиционного керамического материала: пат. № 13690 РБ; МПК С04В 35/10 / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, О. Г. Девойно, А. Ф. Пантелеенко, В. В. Оковитый. Опубл. 30.10.2010.

7. Parameter Studies on High-Velocity Oxy-Fuel Spraying of CoNiCrAlY Coatings Used in the Aeronautical Industry / J. A. Cabral-Miramontes [et al.] // Int. J. Corros. 2014. Р. 1–8. https://doi.org/10.1155/2014/703806

8. Identification of the High-Temperature Impact/Friction of Aeroengine Blades and Cases by Micro Raman Spectroscopy / Р. Colomban [et al.] // Aerosp. Sci. Technol. 1999. Vol 3, N 7. Р. 447–459. https://doi.org/10.1016/s1270-9638(99)00102-9

9. Development of Oxide Dispersion Strengthened MCrAlY Coatings / К. Bobzin [et al.] // J. Therm. Spray Technol. 2008. Vol. 17, N 5-6. Р. 853–857. https://doi.org/10.1007/s11666-008-9244-7

10. Crawmer, D. E. Coating Structures, Properties, and Materials / D. E. Crawmer, ed. J. R. Davis // Handbook of Thermal Spray Technology, ASM International. USA: Materials Park, OH, 2004. Р. 47–53.

11. Effects of Boron Carbide Content on the Microstructure and Properties of Atmospheric Plasma-Sprayed NiCoCrAlY/ Al2O3–B4C Composite Coatings / Y. Cao [et al.] //

12. J. Therm. Spray Technol. 2014. Vol. 23, N 4. Р. 716–724. https://doi.org/10.1007/s11666-014-0061-x

13. Influence of the Microstructure of Plasma Deposited MCrAlY their Tribological Behaviour / S. Li [et al.] // Surf. Coat. Technol. 1998. Vol. 100-101. Р. 7–11. https://doi.org/10.1016/s0257-8972(97)00579-3

14. Zhao, L. Wear Behaviour of AbO3 Dispersion Strengthened MCrAlY Coating / L. Zhao, M. Parco, E. Lugscheider // Surf. Coat. Technol. 2004. Vol. 184, N 2-3. Р. 298–306. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.055

15. High Temperature Frictional Wear Behaviors of Nano-Particle Reinforced NiCoCrAlY Cladded Coatings / L. Zhao [et al.] // Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2011. Vol. 21, N 6. Р. 1322–1328. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(11)60860-1