Научная статья на тему 'АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ'

АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
59
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЛАЗМЕННЫЙ ПРОЦЕСС / МНОГОСЛОЙНОСТЬ / ТЕПЛОЗАЩИТА / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ / ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / ЦИКЛИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ / ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА / СТРУКТУРА ПОКРЫТИЙ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г., Литвинко А. А., Оковитый В. В.

. 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г., Литвинко А. А., Оковитый В. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASPECTS OF CREATING MULTILAYER COATINGS BY PLASMA SPRAYING

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.

Текст научной работы на тему «АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ MECHANICAL ENGINEERING AND ENGINEERING SCIENCE

https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-3-179-185 УДК 621.793.7:621.762

Аспекты создания многослойных покрытий методом плазменного напыления

Чл.-кор. НАН Беларуси, докт. техн. наук, проф. Ф. И. Пантелеенко1*, канд. техн. наук В. А. Оковитый1*, докт. техн. наук, проф. О. Г. Девойно1*, инженеры А. А. Литвинко1*, В. B. Оковитый1*,

чл.-кор. НАН Беларуси, докт. физ.-мат. наук, проф. В. М. Асташинский2*, докт. техн. наук, проф. В. М. Блюменштейн3*

^Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь),

2)Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси (Минск, Республика Беларусь),

3)Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева (Кемерово, Российская Федерация)

© Белорусский национальный технический университет, 2023 Belarusian National Technical University, 2023

Реферат. 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 7г02 - 7 % У2Оэ содержат преобладающую тетрагональную фазу Уо,152г0,8500,93, моноклинную и кубическую фазы 7г02, а композиция А1203-ТЮ2-№-Сг-А1-У-Та содержит способствующие ее износостойкости фазу Сг112№288 твердого раствора на основе никеля, фазы а-А1203, у-А1203, орторомбическую фазу оксида титана ТЮ2. 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 А1203-ТЮ2-№-Сг-А1-У-Та. 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 °С теплозащитных покрытий для выявления их термостойкости. Они доказали влияние фазового состава сформированных покрытий на их способность противостоять высокотемпературному окислению.

Ключевые слова: плазменный процесс, многослойность, теплозащита, износостойкость, оптимизация режимов, эксплуатационные характеристики, циклическое тестирование, параметры процесса, структура покрытий

Для цитирования: Аспекты создания многослойных покрытий методом плазменного напыления / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Наука и техника. 2023. Т. 22, № 3. С. 179-185. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-3-179-185

Адрес для переписки

Оковитый Вячеслав Александрович

Белорусский национальный технический университет

ул. Я. Коласа, 22,

220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 293-93-71 [email protected]

■ Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

Address for correspondence

Okovity Vjacheslav A.

Belarusian National Technical University

22, Ya. Kolasa str.,

220013, Minsk, Republic of Belarus

Tel.: +375 17 293-93-71

[email protected]

Aspects of Creating Multilayer Coatings by Plasma Spraying Method

F. I. Panteleenko1), V. A. Okovity1), O. G. Devoino1), ^ A. Litvinko1), V. V. Okovity1), V. M. Astashinsky2), V. М. Blumenstein3)

1)Belarusian National Technical University (Minsk, Republic of Belarus),

2)A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of NAS of Belarus (Minsk, Republic of Belarus),

3)Kuzbass State Technical University named after T. F. Gorbachev

Abstract. 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 Y0.15Zr085O093 phase, monoclinic and cubic ZrO2 phases, and the Al2O3-TiO2-Ni-Cr-Al-Y-Ta composition contains the Cr112Ni288 phase of the nickel-based solid solution, the a-Al2O3, y-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.

Keywords: plasma process, layering, thermal protection, wear resistance, optimization of modes, operational characteristics, cyclic testing, process parameters, coating structure

For citation: Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoino O. G., Litvinko А. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Blumenstein V. М. (2023) Aspects of Creating Multilayer Coatings by Plasma Spraying Method. Science and Technique. 22 (3), 179-185. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-3-179-185 (in Russian)

Введение

Одним из способов для эффективной защиты деталей от износа, коррозии и окисления является создание на их поверхности плазменных многослойных керамических покрытий. Для получения качественных эксплуатационных характеристик такие покрытия должны обладать максимально равномерным и плавным переходом свойств (общая и открытая пористость, микротвердость и твердость, характеристики модулей упругости) от применяемой основы к внешнему сформированному керамическому слою. Данные многослойные защитные покрытия состоят из подслоев на основе никелевых или кобальтовых металлических сплавов, внешних слоев на базе оксидной керамики и нескольких переходных с плавным изменением металлического и керамического компонента. Последующее их разрушение во время эксплуатации связано с термомеханическими напряжениями, вызываемыми различиями параметров термического расширения металлических суперсплавов основы и сформированных керамических слоев. Дополнительная

причина кроется в неравномерности при распределении температурных полей в структуре покрытия. Взаимодействие остаточных напряжений усиливает эффект термомеханических. Применение тщательно подобранных подслоев способствует возрастанию пластичности и ползучести, а они соответственно ослабляют термомеханические напряжения. Преимущественное использование процессов плазменного напыления для генерирования защитных покрытий с многослойной системой связано с его достаточно высокой универсальностью, производительностью и технологичностью, позволяющими создавать строго определенные системы построения покрытий.

Результаты исследований многослойных

систем плазменных покрытий

Проведены исследования порошковых материалов для формирования плазменных многослойных систем теплозащитных и износостойких покрытий [1-3]. С применением сканирующей электронной микроскопии изучены форма, рельеф и размер частиц порошков, используемых для напыления покрытий. Уста-

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

новлено, что эти порошковые материалы характеризуются достаточно сложной формой и рельефом поверхности частиц. Размер гранул порошка диоксида циркония в свободно насыпанном состоянии и диспергированного в ультразвуке находится в пределах 10-70 и 5-60 мкм (рис. 1а). Для композиции 60 % (А1203-ТЮ2) -40 % М-Сг-А1-У-Та эти параметры имеют следующие значения: 10-100 и 0-5 мкм (рис. 1Ь). При обсчете частиц порошка с фотографий на анализаторе изображения определены их гранулометрический состав и средний максимальный диаметр частиц: для композиции 2г02 + 7 % У203 размер гранул составляет 38 мкм; для 60 % (А1203-ТЮ2) - 40 % №-Сг-А1-У-Та их величина 44 мкм. Результаты рентгеноструктурно-го анализа свидетельствуют о том, что частицы 2г02 - 7 % У203 содержат преобладаю-

щую тетрагональную фазу У0д52г0,8500,93, моноклинную и кубическую фазы 2г02, а композиция 60 % (А1203-ТЮ2) - 40 % №-Сг-А1-У-Та содержит способствующие ее износостойкости фазу Сг1Д2№2,88 твердого раствора на основе никеля, фазы а-А1203, у-А1203, орторомбиче-скую фазу оксида титана ТЮ2.

Исследованы с последующей оптимизацией параметры, характеризующие технологию плазменного напыления многослойных теплозащитных и износостойких покрытий. Критериями оптимизации служили коэффициент использования порошка (КИП) (рис. 2, 3) и структура покрытий [4-7]. Для многослойного теплозащитного покрытия 2г02 - 7 % У203 учитывали также его стойкость к термоциклированию, выбирая режим с повышенной долговечностью нанесенного слоя.

Ь

Рис. 1. Морфология полученных порошковых материалов: а - ZrO2-Y2O3, полученного химико-термическим методом; b - Al2O3-TiO2 - Ni-Cr-Al-Y-Ta после проведенного процесса сфероидизации (х 500) Fig. 1. Morphology of the obtained powder materials: a - ZrO2-Y2O3 obtained by the chemical-thermal method; b - Al2O3-TiO2 - Ni-Cr-Al-Y-Ta after the spheroidization process (х500)

b

iz s

65 60 55 50 45 40 35 30

65 60 55 50 45 40

1

45 50 55 60

Расход плазмообразующего газа, л/мин

65

70 80 90 100 110 120 Расстояние от среза сопла, мм

130

Рис. 2. Зависимость коэффициента использования порошка ZrO2, % (1 - c фракцией <50 мкм; 2 - с фракцией 50-63 мкм) от: а - расхода плазмообразующего газа азота N2 (дистанция при напылении L = 100 мм; ток подводимой дуги I = 500 A; расход порошкового материала Япор = 4,5 кг/ч); b - используемых дистанций при напылении l, мм (ток подводимой дуги I = 500 A, расход плазмообразующего газа азота RN2 = 50 л/мин, расход при подаче порошкового материала Япор = 4,5 кг/ч)

Fig. 2. Dependence of ZrO2 powder utilization factor, % (1 - with fraction <50 ^m; 2 - with fraction 50-63 ^m) on: a - consumption of plasma-forming nitrogen N2 (spraying distance L = 100 mm; supplied arc current I = 500 A; consumption of nitrogen plasma gas rn2 = 50 l/min, consumption of powder material Rpow = 4.5 kg/h); b - used distances during spraying, l, mm (supplied arc current I = 500 A, consumption of plasma-forming nitrogen rn2 = 50 l/min, consumption of powder material rpow = 4.5 kg/h)

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

а

а

V

£ С

90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40

700

70 80 90 100 110 120 Расстояние от среза сопла, мм О 1 □ 2

Рис. 3. Зависимость коэффициента использования порошка Al2O3-TiO2 - Ni-Cr-Al-Y-Ta, % (1 - c фракцией <50 мкм; 2 - с фракцией 50-63 мкм) от: а - подводимого тока плазмотрона (i, А) ^пор = 4,5 кг/ч; rn2 = 45 л/мин; L = 100 мм); b - дистанции при напылении l, мм (,кпор = 4,5 кг/ч; RN2 = 45 л/мин; I = 550 А)

Fig. 3. Dependence of the powder utilization factor of Al2O3-TiO2 - Ni-Cr-Al-Y-Ta, % (1 - with fraction <50 pm; 2 - with fraction 50-63 pm): a - input current of the plasma torch (i, A) (rpor = 4.5 kg/h, rn2 = 45 l/min; L = 100 mm); b - spray distance l, mm (rpor = 4.5 kg/h; rn2 = 45 l/min; I = 550 A)

130

По результатам исследований режимов напыления выполнена их оптимизация [8-11]. После этого оптимизированным режимам соответствовали максимальные значения КИП, а пористость покрытий изменялась в более узких пределах: при напылении 2г02 + + 7 % У203 пористость 8-10 %; открытая по-

а

Значения прочности сцепления, МПа 60-

III II

Значения твердости, HRC

60 40 20 0 -

11111

1

2 3

4

5

ристость 2,5-4,0 %; 60 % (А12О3-ТЮ2) -40 % №-Сг-А1-У-Та пористость 5,1-7,5 %; открытая пористость 1,8-2,5 %. Исследовано влияние дистанции при напылении на значения эксплуатационных характеристик сформированных плазменных покрытий на А1203-ТЮ2--№-Сг-А1-У-Та (рис. 4).

Ь

Износ покрытий (трение со смазкой), мк

ЕЗ

ИЁ

2 3 4 5 d

Значения пористости, %

15 10 5 -0 -

г

1

2 3 4 5

Рис. 4. Показатели характеристики сформированных износостойких покрытий: а - прочности сцепления; b - износостойкости; c - твердости; d - пористости (1 - 70 % Al2O3-TiO2 - 30 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 2 - 60 % Al2O3-TiO2 - 40 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 3 - 50 % Al2O3-TiO2 - 50 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 4 - 40 % Al2O3-TiO2 - 60 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 5 - 30 % Al2O3-TiO2 - 70 % Ni-Cr-Al-Y-Ta) Fig. 4. Indicators of the characteristics of the formed wear-resistant coatings: a - adhesion strength; b - wear resistance; c - hardness; d - porosity (1 - 70 % Al2O3-TiO2 - 30 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 2 - 60 % Al2O3-TiO2 - 40 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 3 - 50 % Al2O3-TiO2 - 50 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 4 - 40 % Al2O3-TiO2 - 60 % Ni-Cr-Al-Y-Ta; 5 - 30 % Al2O3-TiO2 - 70 % Ni-Cr-Al-Y-Ta)

182

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

b

а

1

2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3

4

5

1

c

В табл. 1 предоставлены данные анализа содержания элементов с площади 10x12 мкм для 2г02-У203, полученного химико-термическим способом. Фазовый состав сформированных покрытий и их термостойкость в зависимости от химического состава частично стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония проиллюстрированы табл. 2. Фазовый состав сформированных покрытий отличается от фазового состава исходных порошков, и отличие связано с однородностью распределения элементов в исходном порошковом материале. Перераспределение элементов происходит при нахождении материала в плазменном потоке. Варьируя химический состав порошков, можно изменять структуру и свойства сформированного теплозащитного покрытия (ТЗП). Проводили циклическое тестирование покрытий в электропечи. Цикл состоял из нагрева до установленной температуры 1300 °С и выдержки в течение 60 мин с последующим охлаждением до температуры 300 °С. После проведения 10 циклов образцы изымали для визуальной проверки. Испытания длились до видимой невооруженным глазом дефектации керамического слоя (формирование трещины или скола). По результатам исследований структуры и физико-механических свойств нанесенных многослойных покрытий проанализирован механизм формирования теплозащитных и износостойких слоев. При плазменном напылении 2г02 - 7 % У203 теплозащитные свойства формируются за счет тетрагональной фазы 2г02, микрорастрескивания покрытия в перпендикулярном подложке направлении (сег-

ментации). При напылении 60 % (Al2O3 -TiO2) -40 % Ni-Cr-Al-Y-Ta износостойкость формируется структурными элементами, обеспечивающими повышенную маслоудерживающую способность покрытий (никель, хром). Необходимые свойства достигаются также за счет оксидных включений в связующем матричном материале, которые обусловливают повышенную твердость нанесенных слоев. Рассмотренный механизм формирования свойств многослойных покрытий при напылении композиционных материалов свидетельствует о том, что имеется возможность улучшения теплозащитных характеристик и износостойкости путем обработки нанесенных слоев воздействиями компрессионной плазмы. Однако подобное утверждение требует экспериментальной проверки, что предусмотрено осуществить на следующем этапе исследований.

Таблица 1

Содержание элементов в порошковых частицах ZrO2-Y2O3, полученных химико-термическим методом (анализировали на площади 10х12 мкм)

Content of elements in ZrO2-Y2O3 powder particles, obtained by chemical-thermal method (analyzed over an area of 10x12 ^m)

№ Содержание оксидов и элементов в порошковых частицах ZrO2-Y2O3

O Y Zr ZrO2 y2o3

По сечению порошковой частицы

1 19,70 3,60 76,70 98,50 1,50

2 20,70 3,80 75,50 98,18 1,82

На поверхности порошковой частицы

1 20,73 3,97 75,30 98,90 1,10

2 18,70 4,47 76,83 98,80 1,20

Таблица 2

Фазовый состав сформированных покрытий и их термостойкость в зависимости от химического состава частично стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония

Phase composition of the formed coatings and their heat resistance depending on the chemical composition of zirconium dioxide partially stabilized with yttria

Состав материала Метод изготовления порошка Фаза, % Количество проведенных термоциклов

кубическая моноклинная тетрагональная

ZrO2 - 6,0 % Y2O3 Метод химико-термический 10,0 33,0 57,0 282

ZrO2 - 8,0 % Y2O3 - - 1,1 98,9 434

ZrO2 - 7,0 % Y2O3 - 2,1 6,5 91,4 615

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

Покрытия сформированы на одном режиме: ток дуги I = 600 А, расход аргона ЯАг = 30 л/мин, расход водорода ЛН2 = 8 л/мин, дистанция формирования Ь = 110 мм, охлаждение сжатым воздухом, расход воздуха Лп = 2,5 кг/ч.

ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены вопросы создания многослойных плазменных теплозащитных и износостойких покрытий. Обоснованы утверждения о том, что в качестве материала для формирования плазменных покрытий, работающих в условиях высоких температур, наиболее пригоден частично стабилизированный диоксид циркония, а для износостойких - композиционный материал на базе оксидной керамики и сплавов на основе никеля.

2. Исследованы свойства применяемых материалов. Можно констатировать, что многослойные, сформированные плазменным напылением покрытия с необходимыми для эксплуатации в условиях высокотемпературного износа характеристиками можно сформировать только из материалов со строго установленными размерами и морфологией частиц у исходных порошковых материалов. Обязательным условием также является гомогенность по сечению у исходных порошков фазового и химического составов при минимальном размере фазовых включений. На основе осуществленных экспериментов авторы получили следующие результаты:

1) частицы частично стабилизированного диоксида циркония содержат преобладающую тетрагональную фазу У0д52г0,85 00,93, моноклинную и кубическую фазы 2г02, а частицы композиционного износостойкого материала -элементы, способствующие его износостойкости (фазы Сги2№2,88 твердого раствора на основе никеля, фазы а-А1203, у-А1203, орторомбиче-ская фаза оксида титана ТЮ2);

2) оптимизированные по коэффициенту использования порошка технологические параметры плазменного напыления многослойных теплозащитных и износостойких покрытий, где критериями оптимизации служили коэффициент использования напыляемого порошкового материала и структура покрытий, для многослойного теплозащитного покрытия на базе

частично стабилизированного диоксида циркония учитывали также его стойкость к термо-циклированию, выбирая режимы с повышенной долговечностью нанесенного слоя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Формирование 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.

2. 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.

3. 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/10.21122/2227-1031-2018-17-5-378-389.

4. Формирование покрытий на основе диоксида циркония на элементах экранов противометеорной защиты / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбасского технического университета. 2018. № 6 (130). С. 94-101. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2018-6-94-100.

5. 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.

6. Разработка композиционного материала на основе керамики с применением добавок соединений тугоплавких металлов / Ф. И. Пантелеенко [и др.] // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2020. № 4 (140). С. 18-24. https://doi.org/10. 26730/ 1999-4125-2020-4-18-24.

7. Формирование и исследование многослойных композиционных плазменных покрытий / Ф. И. Пантелеен-ко [и др.] // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2021. № 2. С. 15-27.

8. Обзор современного применения металлокерамиче-ских 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.

9. 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.

10. 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.

11. Выбор оптимальных параметров нанесения многослойных плазменных покрытий из материалов на ос-

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

нове 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.

Поступила 10.01.2023 Подписана к печати 14.03.2023 Опубликована онлайн 31.05.2023

REFERENCES

1. Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Asta-shinsky 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).

2. 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 and Technique, 17 (3), 183-189. https://doi.org/ 10.21122/2227-1031-2018-17-3-183-189 (in Russian).

3. 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).

4. 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 Kuz-basskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universite-ta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 130 (6), 94-100. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2018-6-94-100 (in Russian).

5. Okovity V. A., Panteleenko F. I., Okovity V. V., Asta-shinsky 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).

6. Panteleenko F. I., Okovity V. A., Sidorov V. A., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Rafal K. (2020) Development of Composite Material Based on Ceramics with the Use of Additives of Refractory Metal Compounds. Vestnik Kuzbasskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Univer-siteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 140 (4), 18-24. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2020-4-18-24 (in Russian).

7. 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).

8. 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).

9. 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).

10. Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoino 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.

11. 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 Gosudar-stvennogo 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).

Received: 10.01.2023 Accepted: 14.03.2023 Published online: 31.05.2023

Наука

итехника. Т. 22, № 3 (2023)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.