Разработка технологических рекомендаций по формированию композиционного оксидного порошка для плазменного напыления

В статье рассмотрены проведенные исследования по формированию композиционного порошка для плазменного напыления. Разработка новых композиций на базе известных керамических порошковых материалов связана с возрастающими требованиями по совершенствованию свойств у плазменных износостойких покрытий, поскольку только в порошковых композитах могут одновременно существовать соединения элементов с разным физическим и химическим составом, позволяющие улучшать свойства у формируемых на их базе плазменных покрытий. В технологиях создания плазменных покрытий на базе никеля для дальнейшего улучшения эксплуатационных свойств в данные системы вводят углерод и бор, способствующие образованию карбидных и боридных фаз, повышающие вязкость разрушения, время ползучести, период длительной прочности. Эти фазы более термостабильны в сравнении с γ-фазами и к тому же при температурах, превышающих границы растворимости, у высокодисперсных γ´-выделений увеличивают прочностные характеристики жаропрочных никелевых сплавов. Упрочнение карбидными включениями особенно значимо при эксплуатационных температурах, превышающих 1500 К, когда количественные показатели у γ-фазы в сплавах значительно уменьшаются. В проведенных ранее исследованиях порошок B4C наносился как отдельные покрытия или использовался в качестве усиления в композитных керамических покрытиях, которые показали улучшенные механические и термодинамические свойства. Присутствие B4C в различных композиционных покрытиях из порошков B4C – NiCrAlY – Al2O3, B4C – Al – W, Al – B4C и B4C – Ni улучшило микротвердость, устойчивость к коррозии, прочностные характеристики границы раздела карбид–металл, а также повысило износостойкость. Разработаны композиционные материалы на основе систем металл–хром–алюминий–иттрий (М-кролей), упрочненных неметаллическими фазами. На основе проведенных исследований влияния соотношения количества компонентов в порошковом композите, режимов гранулирования и сфероидизации на кинетику формирования композиционного материала разработан оптимальный состав порошка Al2O3 – TiO2 – В4С (Ni) – Ni – Cr – Al – Y – Ta, у которого при сохранении прочностных характеристик физико-механические и триботехнические характеристики по сравнению с аналогами возросли: твердость – в 1,2 раза, интенсивность износа – в 1,3 раза при трении со смазкой и в 1,4 раза при сухом трении. Таким образом, предложенный способ получения композиционного материала позволяет повысить износостойкость покрытий в условиях высокотемпературной коррозии.

1. Получение композиционного керамического материала для газотермического напыления / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, В. В. Оковитый, В. М. Асташинский // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 3. С. 181–188. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-3-181-188.

2. 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.

3. Формирование и исследование плазменных двухслойных композиционных покрытий (вязкий металлический NiCr и твердый ZrO2 слои) / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, В. В. Оковитый [и др.] // Наука и техника. Т. 17, № 1. С. 21–28. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-21-28.

4. Патент BY 13690, МПК С04В 35/10. Способ получения композиционного керамического материала: № а 20090464; заявлено 30.03.2009: опубл. 30.10.2010 / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, О. Г. Девойно, А. Ф. Пантелеенко, В. В. Оковитый; заявитель БНТУ. URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/56636/13690.pdf?sequence=1&isAllowed=y.

5. Parameter Studies on High-Velocity Oxy-Fuel Spraying of CoNiCrAlY Coatings Used in the Aeronautical Industry / J. A. Cabral-Miramontes, C. Gaona-Tiburcio, F. Almeraya-Calderón [et al.] // International Journal of Corrosion. 2014. P. 1–8. https://doi.org/10.1155/2014/703806.

6. Identification of the High-Temperature Impact/Friction of Aeroengine Blades and Cases by Micro Raman Spectroscopy / Р. Colomban, S. Jullian, M. Parlier, P. MongeCadet // Aerospace Science and Technology. 1999. Vol. 3, No 7. Р. 447–459. https://doi.org/10.1016/s1270-9638(99)00102-9.

7. Development of Oxide Dispersion Strengthened MCrAlY Coatings / К. Bobzin, T. Schläfer, K. Richardt, M. Brühl // Journal of Thermal Spray Technology. 2008. Vol. 17, No 5–6. Р. 853–857.

8. Crawmer, D. E. Coating Structures, Properties, and Materials / D. E. Crawmer // ASM Handbook of Thermal Spray Technology. Vol. 5 / ed. Robert C. Tucker. ASM International, 2013. Р. 60–64. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v05a.a0005755.

9. Effects of Boron Carbide Content on the Microstructure and Properties of Atmospheric Plasma-Sprayed NiCoCrAlY / Al2O3–B4C Composite Coatings / Y. Cao, C. Huang, W. Liu [et al.] // Journal of Thermal Spray Technology. 2014. Vol. 23, No 4. P. 716–724. https://doi.org/10.1007/s11666-014-0061-x.

10. Influence of the Microstructure of Plasma Deposited MCrAlY their Tribological Behaviour / S. Li, C. Langlade, S. Fayeulle, D. Tréheux // Surface and Coatings Technology. 1998. Vol. 101-101. Р. 7–11. https://doi.org/10.1016/s0257-8972(97)00579-3.

11. Zhao, L. Wear Behaviour of AbO3 Dispersion Strengthened MCrAlY Coating / L. Zhao, M. Parco, E. Lugscheider // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 184, No 2–3. Р. 298–306. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.055.

12. High Temperature Frictional Wear Behaviors of Nano-Particle Reinforced NiCoCrAlY Cladded Coatings / Н. Wang, D. Zuo, M. Wang [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21, No 6. Р. 1322–1328. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(11)60860-1.

13. Оптимизация процесса нанесения покрытий из порошков металлокерамики методами плазменного напыления на воздухе / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, В. В. Оковитый, В. М. Асташинский // Наука и техника. 2021. Т. 20, №. 5. С. 369–374. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-5-369-374.

14. Multi-Layers Composite Plasma Coatings Based on Oxide Ceramics and M-Croll / F. I. Panteleenko, V. A. Okovity, O. G. Devоino [et al.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 2. С. 93–98. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-2-93-98.

15. Выбор оптимальных параметров нанесения многослойных плазменных покрытий из материаллов на основе никелевых М-кролей / Ф. И. Пантелеенко, В. А. Оковитый, В. А. Сидоров [и др.] // Вестник Кузбазсского государственного технического университета. 2022. № 1. С. 12–22. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2022-1-12-22.