Методи плазмового наплавлення дозволяють використовувати покриття з різними зносостійкими сплавами, у тому числі самофлюсуючими на основі нікелю, а також ряд композиційних і керамічних матеріалів. За допомогою цього методу можна отримати покриття з високими фізико-механічними властивостями при відносній простоті та доступності процесу.
Наприклад, при плазмовому нанесенні сплавів, які самофлюсуються, на поверхні деталей утворюються покриття, що складаються з окремих частинок, з'єднаних один з одним і з основою містками зварювання. Характерна структура такого покриття отримана Японськими дослідниками [1, 2] за допомогою електронного мікроскопа фірми «Jeolg». У цьому випадку міцність зчеплення наплавленого шару з основою не перевищує 20...30МПа, у зв'язку з чим існує значна небезпека окислення покриття. Окрім того, висока пористість погіршує якість поверхневого шару.
За рахунок операції плавлення міцність зчеплення покриття з основою підвищується до 200...250МПа, а відносна густина шару зростає до 98%. Процес оплавлення супроводжується низкою фазових перетворень, які у сплаві.
Мікротвердість наплавленого шару, наприклад, для сплаву ПН-ХН80С4Р4 коливається в межах (7...8)103МПа, а по товщині наплавленого шару практично не змінюється. Для нього характерні рівномірна зерниста структура та підвищені експлуатаційні показники.
Вивчення характеру розподілу зміцнюючих фаз по глибині покриття за допомогою рентгенівського скануючого мікроаналізатора «Microscan» (чутливість методу - до 10-1% по масі) показало, що при плазмовому наплавленні розподіл елементів по глибині шару однорідний. Так, середній вміст хрому становить 12%, а кремнію – 6,3%. Вивчення механізму формування структури плазмових покриттів та їх властивостей, як адгезійна та когезійна міцність та зносостійкість, необхідний для вироблення основних принципів створення покриттів із заданими характеристиками.
Процес формування структури плазмового покриття з використанням краплинної моделі розглянуто у роботі [3]. Згідно з сучасними уявленнями, частинки в процесі утворення покриття знаходяться в оплавленому або розплавленому стані. У момент утворення покриття частинки деформуються, розтікаються, тверднуть, утворюючи шаруватий матеріал [4, 5].
З даних, наведених у літературі, можна виділити три типи структур – рівноважну (комірчасту), дендритну і змішану (поєднання першого і другого типів). Така типізація структури плазмового покриття узгоджується з класичним визначенням будови металів та оксидів у теорії кристалізації речовини [6, 7]. Проте, розуміння процесів формування покриттів цього недостатньо. Останнім часом з'явилися роботи, присвячені детальному вивченню мікро- та субмікроструктури плазмових покриттів. Так, наприклад, вперше при плазмовому напиленні кварцу та електрокорунду з оплавленням і випаром перегрітого розплаву показана можливість кристалізації покриттів за ПРК-механізмом (пар-рідина-кристал) та утворення ниткоподібних кристалів [5, 8].
При плазмовому методі наплавлення всі стадії займають короткий проміжок часу приблизно рівний 10-3...10-5с, так як швидкість польоту частинок становить близько 150...300м/с, а відстань, що пролітає часткою 120...150мм.
Аналогічне дослідження було проведено при напиленні порошків природного та штучного рутила [9-11]. Встановлено, що розміри рутилових частинок після проходження через плазму зменшуються внаслідок часткового випаровування розплаву та розтріскування частинок під впливом внутрішніх напружень, що виникають на межі між субблоками при нагріванні. Це можна пояснити тим, що частинки порошку знаходяться в плазмовому струмені протягом короткого проміжку часу від 5·103 до 20·103 °С, а пластична деформація в рутилі починається при температурі близько 600°С. У цьому випадку не забезпечується достатня релаксація напружень, що виникають, і пластичні деформації приводять до утворення тріщин аж до розколу монолітних зерен на окремі субзерна меншого розміру.
Проблема плазмового дроблення зерен рутила має значення, так як багато в чому розміри частинок визначають задані властивості плазмових покриттів.
Детальний розгляд зламів плазмових покриттів виявило [12-15] що є частинки, які розкололися від термічного напруження і закристалізувалися з поверхні. Такий дефект не спостерігається у разі наплавлення за оптимального режиму плазмового покриття з використанням порошку заданої фракції. Існують непереборні дефекти плазмових покриттів, зумовлені самою технологією. Це межі між областями з переважним напрямом кристалізації, а також пористість.
При дозвуковому плазмовому напилені, порошків групи заліза Fe60-Ni5-Cr18-Mo5,5-В4,5-Si6,5, покриття має більш грубу структуру, пористість та невисокі значення міцності зчеплення з основою – до 30 МПа (при використанні плазмоутворюючого газу - аргоно-водневої суміші) та 32...33 МПа (при використанні суміші повітря з пропанбутаном) [13-15].
Таким чином, структура плазмових покриттів у загальному випадку характеризується значною строкатістю і включає ділянки частинок, що закристалізувалися ПРК-механізмом і частково сплавилися, іноді роздроблені частинки вихідного порошку. Така неоднорідність структури викликає анізотропію властивостей та великі коливання на рівні властивостей. Необхідно вміти керувати структурою покриття, домагаючись її однорідності.
Найважливішою характеристикою процесу наплавлення є можливість досягнення необхідної концентрації легуючих елементів при заданій неоднорідності їх розподілу у шві та мінімальних втрат. При цьому відхилення від необхідної концентрації внаслідок коливань параметрів режиму не повинні перевищувати допустимі.
Вміст у шві легуючих елементів визначає структуру та властивості наплавленого металу, відповідність умов експлуатації виробу. Оскільки за допомогою наплавлення можна отримати зносостійкі, корозійностійкі, кислототривкі, жаростійкі, антифрикційні та інші шари, діапазон легування наплавленого металу дуже широкий. Разом з тим найважливішим завданням є правильний вибір для конкретного виду деталі раціональної системи легування та оптимального вмісту елементів, що легують, які б забезпечили зниження зносу. Такий вибір повинен здійснюватися виходячи з необхідності одержання (або полегшення одержання) найбільш працездатної в заданих умовах структури, наприклад, легованого фериту, мартенситу, аустеніту, певного типу карбідів тощо.
Висновки.
1. Розглядаючи структуру та властивості плазмового покриття, можемо чітко проаналізувати якісний склад наплавного матеріалу та раціональність вибору режиму плазмового процесу.
2. З наведеного аналізу видно, що структуроутворення наплавленого плазмовим методом металу залежить як від параметрів обробки, так і матеріалу, що наплавляється. Можна припустити, що істотну роль надає спосіб підготовки поверхні під наплавлення плазмовим методом, а також спосіб і технологія заключної термообробки.
Список використаних джерел:
1. Хасун А. Техника напыления. / А. Хасун– М.: Мишиностроение, 1975. – 288с.
2. Гресс Дж. Электрический пробой в газах. / Дж. Гресс, Дж. Мик – М.: Иностранная литература, 1960. – 236с.
3. Морфология частиц порошка рутила до и после газотермической обработки. / А.А. Шибко, Е.В. Кремко, И.Л. Куприянов, и др. // Весті АНБССР.Сер. Фіз.-техн. навук. – 1986. - №2. – С. 27-31.
4. Шибко А.А. Механизм поверхностной кристаллизации расплава рутила после газотермической обработки. / А.А. Шибко, Е.В. Кремко, И.Л. Куприянов // Весті АНБССР.Сер. Фіз.-техн. навук. – 1986. - №2. – С. 26-27.
5. Шибко А.А. Морфология изотермических покрытий на основе рутила. / А.А. Шибко, Е.В. Кремко, И.Л. Куприянов // Весті АНБССР.Сер. Фіз.-техн. навук. – 1986. - №3. – С. 17-20.
6. Лазаренко Б.Р. Ускорение частиц газоразрядной плазмой и воздействие их с твёрдыми телами. / Б.Р. Лазаренко // Электронная обработка материалов. – 1973. - №5. – С. 31-33.
7. Данской А.В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. / А.В. Данской, В.С. Клубинский – Л.: Машиностроение, 1979. – 320с.
8. Кудинов В.В. Оптика плазменных покрытий. / В.В. Кудинов, А.А. Пузанов, А.П. Замбражицкий – М.: Наука, 1982. – 160с.
9. Некоторые особенности формирования контактной зоны при газотермической металлизации самофлюсующимися сплавами на основе никеля. / Е.Г. Гинзбург, О.С. Кобяков, В.А. Розанцев и др. // Порошковая металлургия. – 1986. - №10. – С. 47-50.
10. Харламов Ю.А. Формирование зоны контакта детонационных покрытий с подложной. / Ю.А. Харламов // Порошковая металлургия. – 1982. - №2. – С. 31-35.
11. Шмырова Т.П. Структурные особенности зоны контакта детонационного покрытия с основой. / Т.П. Шмырова, В.Л. Яковлев // Порошковая металлургия. – 1983. - №9. – С. 72-76.
12. Дембовкий В. Плазменная металлургия. / В. Дембовкий – М.: Металлургия, 1981. – 280с.
13. Пантелеенко Ф.И. Формирование многофункциональных плазменных покрытий на основе керамических материалов / Ф.И. Пантелеенко, В.А. Оковитый – Минск: БНТУ, 2019. – 231 с.
14. Кузьмин В.И. Плазменное напыление износостойких покрытий из порошков самофлюсующихся сплавов / В.И. Кузьмин и др. // Вестник Югр. Гос. Универ. – 2015. – Вып. 2 (37). –С. 45–52.
15. Рожков О.Д. Технологія нанесення покриттів. Частина II: Навч. посібник. / О.Д. Рожков – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2008. – 38 с.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter