Научная статья на тему 'Оптимизация условий получения механически легированных композиционных порошковых материалов для напыления износостойких плазменных покрытий'

Оптимизация условий получения механически легированных композиционных порошковых материалов для напыления износостойких плазменных покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
106
31
Поделиться
Ключевые слова
МЕХАНИЧЕСКОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ / ПОРОШКИ / ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ / ПЛАЗМЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ / ТВЕРДОСТЬ / ПЛОТНОСТЬ / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ПОРИСТОСТЬ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Федосенко Алексей Сергеевич, Ловшенко Федор Григорьевич, Ловшенко Григорий Федорович

Приведены результаты исследований, направленных на установление оптимального химическогосостава исходной шихты и времени ее обработки в механореакторе с целью получения композиционных порошков для плазменного напыления покрытий, отличающихся высокой твердостью и износостойкостью, а также изучено влияние условий напыления разработанных порошков на плотность покрытий и определено их оптимальное значение.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Федосенко Алексей Сергеевич, Ловшенко Федор Григорьевич, Ловшенко Григорий Федорович

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

OPTIMIZATION OF PRODUCING MECHANICAL ALLOYED COMPOSITE POWDER MATERIALS FOR WEAR-RESISTANT SPRAYED PLASMA COATINGS

The paper presents the results of the research aimed at establishing the optimal chemical composition of the initial charge and time of its processing in the mechanoreactor in order to produce composite powders forplasma spraying of coatings, characterized by high hardness and wear resistance; the influence of spray conditions of developed powders upon coatings density has been studied and their optimal value has been determined.

Текст научной работы на тему «Оптимизация условий получения механически легированных композиционных порошковых материалов для напыления износостойких плазменных покрытий»

УДК 669.017

А. С. Федосенко, Ф. Г. Ловшенко, Г. Ф. Ловшенко

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

UDC 669.017

A. S. Fedosenko, F.G. Lovshenko, G.F. Lovshenko

OPTIMIZATION OF PRODUCING MECHANICAL ALLOYED COMPOSITE POWDER MATERIALS FOR WEAR-RESISTANT SPRAYED PLASMA COATINGS

Аннотация

Приведены результаты исследований, направленных на установление оптимального химического состава исходной шихты и времени ее обработки в механореакторе с целью получения композиционных порошков для плазменного напыления покрытий, отличающихся высокой твердостью и износостойкостью, а также изучено влияние условий напыления разработанных порошков на плотность покрытий и определено их оптимальное значение.

Ключевые слова:

механическое легирование, порошки, газотермическое напыление, плазменные покрытия, твердость, плотность, износостойкость, пористость.

Abstract

The paper presents the results of the research aimed at establishing the optimal chemical composition of the initial charge and time of its processing in the mechanoreactor in order to produce composite powders for plasma spraying of coatings, characterized by high hardness and wear resistance; the influence of spray conditions of developed powders upon coatings density has been studied and their optimal value has been determined.

Key words:

mechanical alloying, powders, gas-thermal spraying, plasma coatings, hardness, density, wear resistance, porosity.

Введение

Одними из важнейших факторов, определяющих возможность получения газотермических покрытий высокой твердости и износостойкости, являются свойства наносимого материала. Во многом они определяются его химическим составом и в значительной степени наследуются формируемым покрытием. В случае получения порошковых материалов по технологии реакционного механического легирования на их свойства оказывает влияние не только химиче-

ский состав синтезируемого материала, но и технологические параметры обработки исходной композиции в механореакторе [1, 2].

Одним из важных параметров сформированного покрытия, обеспечивающим заданный комплекс физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик, является его плотность [3], которая зависит от большого количества факторов, включающих как характеристики применяемого материала, так и условия напыления.

© Федосенко А. С., Ловшенко Ф. Г., Ловшенко Г. Ф., 2016

Целью работы являлось установление оптимальных условий получения механически легированных порошковых материалов, а также плазменных покрытий из них, отличающихся высокой твердостью и износостойкостью.

Методика исследований

Исследования проводились на композициях следующих систем: Бе-А1-Ре20з, Бе-Сг-С, Бе-М-Сг-С-(Бе20з + А1), М-А1, АЬ0з-13 % ТЮ2-№-А1.

Механическое легирование исследуемых порошковых композиций проводилось при следующих режимах работы механореактора: ускорение рабочих тел - ан = 135 м-с-2; отношение объема рабочих тел к шихте - к = 12; заполнение помольной камеры рабочими телами - 8 = 75%. Время обработки т варьировалось в интервале 6...12 ч.

Напыление порошков проводилось

Основные результаты исследований

Оптимизация состава исходной шихты и продолжительности механосинтеза исследуемых композиций

Исследования проводились на материалах следующих систем: Бе-30 % А1-Бе20з, Бе-Сг-С, Бе-М-Сг-С, АЬ0з-13 % ТЮ2-М-А1. Оптимизация химического состава и времени обработки материалов проводилась в два этапа.

с использованием дугового плазмотрона оригинальной конструкции (аналог ПУН-1), работающего на воздушно-пропановой плазмообразующей смеси. Порошок подавался на срез сопла. При исследовании влияния параметров процесса напыления на плотность покрытий базовые режимы нанесения слоев из материалов на основе материалов составляли: сила тока -220 А; напряжение - 200 В; дистанция напыления - 250 мм; диаметр отверстия подающей трубки - 2 мм; расстояние от среза сопла до выходного отверстия подающей трубки - 5 мм. Получение покрытий из композиционных материалов на основе системы Бе-Сг-С и АЬ0з-ТЮ2 проводилось со следующими корректировками: дистанция напыления - 150 мм; диаметр отверстия подающей трубки - 1,7 мм.

Оптимизация условий напыления проводилась на материалах, химический состав и условия синтеза которых представлены в табл. 1.

На первом методом однофакторного эксперимента устанавливались граничные значения переменных факторов. На втором для определения совместного влияния параметров, обеспечивающих получение покрытий с максимально высокими свойствами, реализовы-вался полнофакторный эксперимент, результаты которого обрабатывались с применением метода центрального ортогонального планирования второго порядка.

Табл. 1. Базовые композиции и условия их получения

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

Состав композиции Режимы механосинтеза Температура отжига, К

Бе-з0 % А1 ан = 1з5 мх-2; к = 12; 8 = 75 %; т = 8 ч 870

Бе-з0 % А1-14,1з % Бе20з 870

N1- 5 % А1 -

40Х1з 570

АЪ0з-1з % ТЮ2 -

Влияние состава исходной шихты и времени ее обработки в механо-реакторе на твердость и износостойкость покрытий из материалов системы Fe—Al.

При описании области оптимума параметрами оптимизации являлись твердость формируемого покрытия и его износостойкость, переменными факторами - время обработки шихты в механореакторе и содержание легирующей добавки. Средние значения параметров оптимизации получены по результатам двух параллельных опытов.

Базовым материалом системы является композиция Fe-30 % Al. В качестве легирующей добавки, предназначенной для синтеза упрочняющей фазы (AI2O3), в нее дополнительно вводился оксид железа Fe203. Количество вводимого оксида железа рассчитывалось из условия образования от 1 до 10 % оксида алюминия и составляло 1,57... 15,7 %. Время обработки варьировалось в диапазоне 6.12 ч.

На первом этапе исследований было установлено, что увеличение времени обработки шихты в механореакто-ре и количества вводимого в нее оксида железа приводят к росту твердости по-

крытий получаемых из синтезируемых порошков. Изменение износостойкости носит аналогичный характер.

Для установления совместного влияния состава шихты и времени обработки на свойства формируемых покрытий был реализован центральный композиционный ортогональный план второго порядка. При этом исследования проводились на материалах с содержанием оксида железа, равным 9,42.15,7 %, и временем обработки шихты 8.12 ч.

По результатам статистической обработки экспериментальных данных получены математические модели, адекватно представляющие результаты экспериментов:

1) твердость газотермических покрытий

ИУ = 602 + 21x1 + 22x2 - 10х22 ; (1)

2) относительная износостойкость 1отн = 1,41 + 0,19*1 + 0,07х2 - 0,11х12 . (2)

Графическая интерпретация моделей, показывающая зависимость исследуемых параметров от переменных факторов, представлена на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Влияние содержания легирующей добавки и времени обработки композиций системы Бе-30 % Л1-Ре203 на твердость (а) и износостойкость (б) плазменных покрытий

Таким образом, оптимальными условиями получения материалов системы Бе-30 % Л1-Ре20з, обеспечивающими формирование покрытия максимальной твердости и износостойкости в исследуемом интервале, являются время обработки 12 ч и количество легирующего соединения 15,7 %.

Влияние состава исходной шихты и времени ее обработки в механо-реакторе на твердость и износостойкость покрытий из материалов системы Ге—Сг—С.

Для материалов данной группы был реализован однофакторный эксперимент, описывающий влияние времени обработки композиций на твердость и

относительную износостойкость получаемых покрытий.

Исследования проводились на трех композициях, химический состав которых соответствует сталям 40Х13, Х13, 95Х18. Композиции содержали 13 и 18 % хрома и 0,4, 1, 0,95 % углерода соответственно. Время обработки варьировалось в диапазоне 4.. .12 ч.

Для материалов данной группы наблюдается одинаковая зависимость изменения твердости покрытий, получаемых из синтезируемых материалов, от времени обработки шихты в механоре-акторе - увеличение времени механо-синтеза ведет к росту твердости формируемого слоя (рис. 2, а).

а)

б)

700

600

HV

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

500

i-

'OFe -□Fe- AFe- 13 % Cr -13 % Ст -18 % Cr - 0.4 % С 1 %C 0,95 %C

10

12

14

Рис. 2. Влияние времени обработки в механореакторе композиций системы Бе-Сг-С на твердость (а) и относительную износостойкость (б) плазменных покрытий

Снижение износостойкости покрытий состава Бе-18 % Сг-0,95 % С при увеличении времени обработки исходной композиции свыше 10 ч, вероятно, связано с ростом его хрупкости, обусловленным увеличением количества в его составе карбидов и оксидов.

Оптимизация состава исходной шихты и времени обработки в механореакторе композиций системы Ге-М-Сг-С-(Ге2Оз + А1) типа (12Х18Н10-А12вз).

Базовым составом материалом дан-

ной системы является композиция состава Fe-18 % Cr-10 % Ni-0,12 % С. В качестве легирующей добавки дополнительно вводился оксид железа Бе2Оэ. Восстановителем служил алюминий, вводившийся в количестве 0,6...3,2 %. Соотношение между количеством вводимого оксида железа и алюминием стехиомет-рическое. Как и в случае с системой Fe-Al, введение оксида железа должно обеспечить дополнительное упрочнение, инициируемое образованием оксида алюминия AI2O3 в результате окисли-

тельно-восстановительной реакции.

Параметрами оптимизации являлись твердость покрытий и их износостойкость; переменными факторами -время обработки и содержание легирующей добавки Бе20з.

По результатам статистической обработки экспериментальных данных получены математические модели, адекватно представляющие результаты экспериментов:

1) твердость газотермических по-

крытий

ИУ = 378 + 11x1 + 19x2 - 9х12 - 10х22 ; (3)

2) относительная износостойкость

1отн = 1,2531+ 0,1267х1 +

+ 0,1067х2 - 0,094х12 . (4)

Графическая интерпретация моделей, показывающая зависимость исследуемых параметров от переменных факторов, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Влияние содержания легирующей добавки и времени обработки композиций системы Ре-№-Сг-С-(А1-Ре203) на твердость (а) и относительную износостойкость (б) плазменных покрытий

Таким образом, исходя из полученных данных (рис. 3), можно заключить, что максимальная твердость покрытий достигается при обработке шихты в течение 12 ч, и содержании легирующего компонента 9,42 %. Максимальным значением относительной износостойкости покрытия обладают при аналогичном времени обработки и количестве легирующей добавки равном ~ 4,4 %.

Оптимизация химического состава исходной шихты механически легированных композиций металлизированной керамики на основе системы А1203—Т1От—^1—А1.

Для данной системы параметрами оптимизации являлись вязкость покрытий и их износостойкость, переменными

факторами - содержание легирующих добавок никеля и алюминия, количество которых варьировалось от 2,5 до 12,5 % и от 1,25 до 6,25 % соответственно. Время механосинтеза составляло 8 ч.

Установлено, что зависимости вязкости и износостойкости исследуемых покрытий от количества легирующих добавок в напыляемом материале описываются кривыми с максимумом. Это, вероятно, обусловлено изменением фазового состава металлической составляющей - максимальная износостойкость покрытий совпадает с соотношением металлических компонентов в шихте, соответствующем образованию интерметаллида №А1.

По результатам статистической обработки экспериментальных данных получены математические модели, адекватно представляющие результаты экспериментов:

1) относительная вязкость газотермических покрытий

цотн = 1,52 - 0,118х12 - 0,117х12; (5)

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

2) относительная износостойкость 1отн. = 1,750 + 0,108х1 + 0,057х2 -- 0,065х12 - 0,139х12 - 0,124х22 . (6)

Графические интерпретации моделей, показывающих зависимость изменения исследуемых параметров от переменных факторов, представлена на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость вязкости (а) и относительной износостойкости (б) покрытий из композиций системы А1203-13 % ТЮ2-№-А1 от количества никеля и алюминия в исходной шихте

Как видно из графика (рис. 4, а), наибольшей вязкостью покрытия обладают в случае максимального количества одного из легирующих компонентов при одновременном наименьшем количестве второго. Вероятно, это связано с тем, что такое соотношение обеспечивает присутствие в покрытии повышенного количества одного из легирующих металлов в исходном виде и минимальное количество интерметал-лидов, обладающих высокой твердостью и повышенной хрупкостью. Напротив, максимальную износостойкость имеют покрытия, количество легирующих компонентов в которых приближено к стехиометрическому соотношению, необходимому для синтеза интерметаллида №А1, отличающегося высокой твердостью (рис. 4, б).

Влияние параметров процесса плазменного напыления на плотность формируемых покрытий

В качестве технологических параметров процесса напыления, оказывающих наибольшее влияние на плотность формируемого слоя, были выбраны размер частиц порошка, диаметр отверстия подающей трубки, рабочая мощность плазмотрона, дистанция напыления.

Оптимизация осуществлялась методом однофакторного эксперимента.

Как показали предварительные исследования [3], допустимая пористость покрытий, по возможности, не должна превышать 5 %. В этом случае наличие пор не оказывает значительного влияния на изменение износо-

стойкости покрытий. Исходя из этого, при проведении оптимизации процесса напыления было принято, что условия формирования слоя должны обеспечивать плотность не ниже 95 %.

Влияние размера частиц на плотность покрытий.

Диаметр частиц является важной характеристикой напыляемого материала, оказывающей влияние на степень его расплавления в высокотемпературной струе, а следовательно, и на плотность формируемого слоя.

Для определения оптимального

размера частиц, обеспечивающего формирование покрытия наибольшей плотности, исследуемые материалы условно классифицировались на три фракции (табл. 2). Из исследуемых композиций разделению не подвергались лишь композиции 4 и 5, 96 % частиц которых имеют размер, не превышающий 63 мкм.

В результате проведенных исследований были получены зависимости, позволившие определить предпочтительный размер частиц каждой из исследуемых композиций (рис. 5).

Табл. 2. Фракции порошковых материалов и средний размер частиц в них

Основная фракция порошкового материала, мкм 25.45 45.125 100.170

Средний размер частиц во фракции, мкм 35 85 135

35 55 75 95 МКМ 135

4 --

Рис. 5. Влияние размера частиц напыляемого порошкового материала на плотность плазменных покрытий

Согласно полученным данным, для большинства исследуемых композиций оптимальный размер частиц наносимого материала составляет 45.125 мкм. Исключением являются материалы на основе системы Fe-Al, для которых средний размер частиц не должен превышать 55 мкм.

Влияние диаметра отверстия подающей трубки на плотность покрытий.

Диаметр выходного отверстия подающей трубки варьировался в интервале 1,5.2,3 мм. В ходе исследований были получены следующие зависимости (рис. 6).

Рис. 6. Изменение плотности формируемого покрытия в зависимости от диаметра отверстия подающей трубки

Наиболее существенное влияние на плотность формируемых покрытий на основе металлов диаметр отверстия подающей трубки оказывает при напылении материала 40Х13. Для него превышение данного размера более 1,8 мм приводит к росту пористости формируемого слоя.

При напылении прочих композиций диаметр не оказывает столь существенного влияния на плотность. Его увеличение свыше 2 мм вызывает некоторое снижение плотности, что объясняется процессом захолаживания высокотемпературной струи, связанным с повышением расхода материала и транспортирующего газа.

Поскольку с уменьшением диаметра отверстия производительность процесса напыления и его КПД снижаются, а увеличение его значения более 2 мм приводит к росту пористости, для подачи большинства материалов оптимальным размером отверстия подающей трубки следует считать 2 мм. Для напыления порошковых композиций на основе системы Бе-Сг-С, следует принять размер 1,8 мм, а для материалов на основе оксидной керамики - 1,7 мм.

Влияние мощности плазменного потока на плотность формируемых покрытий.

Известно [4], что повышение температуры плазменного потока позволяет сократить время, необходимое для полного расплавления напыляемой частицы, или при условии сохранения дистанции напыления увеличить степень ее расплавления или пластификации. При этом увеличение температуры струи обеспечивается в большинстве случаев повышением мощности, потребляемой плазмотроном.

При проведении эксперимента рабочая мощность плазмотрона изменялась в интервале 30.50 кВт.

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

Из полученных зависимостей видно (рис. 7), что увеличение мощности, потребляемой плазмотроном, приводит к повышению плотности формируемых покрытий. В то же время при выборе ее оптимального значения необходимо принимать во внимание тот факт, что с увеличением тепловложения в частицу происходит ее перегрев и более интенсивное окисление. Увеличивается интенсивность нагрева подложки.

Исходя из вышеизложенного, рабочую мощность следует выбирать из условия минимально достаточного

значения, обеспечивающего получение покрытий с заданной плотностью (не ниже 95 %).

Влияние дистанции напыления на плотность формируемых покрытий.

При установлении оптимальной дистанции напыления руководствовались тем, что она должна обеспечивать

требуемую плотность покрытия и не вызывать чрезмерного перегрева напыляемой поверхности. В ходе исследований расстояние от среза сопла плазмотрона до напыляемой поверхности изменялось в интервале 50.350 мм (рис. 8).

Рис. 7. Изменение плотности плазменных покрытий в зависимости от мощности потребляемой плазмотроном

50 100 150 200 250 300 ММ 350

ь-►

Рис. 8. Изменение плотности плазменных покрытий в зависимости от дистанции напыления

Как видно из рис. 8, для всех исследуемых композиций увеличение дистанции напыления в той или иной степени приводит к снижению плотности покрытий, формируемых из них. Наиболее заметное падение наблюдается при напылении композиционных материалов на основе систем Бе-Сг-С

(40Х13) и АЬОз-ТЮ2. Для композиций системы Бе-Сг-С расстояние от среза сопла до напыляемого изделия не должно превышать 180 мм. Для керамических композиций с учетом их физических свойств следует выбирать минимальную дистанцию напыления, значение которой не должно превышать

100.120 мм. Остальные материалы целесообразно напылять при дистанции 200.250 мм от среза сопла до изделия, что, с одной стороны, обеспечит высокую плотность покрытий, а с другой -минимизирует тепловложение в напыляемое изделие от высокотемпературной струи.

Согласно полученным результатам, наибольшее влияние на плотность покрытий из большинства композиций на основе металлов оказывают мощность плазменной струи и размер гранул напыляемого материала, для гранулированных композиций на основе системы Бе-Сг-С - мощность плазменной струи и дистанция напыления. Плотность покрытий на основе оксидной керамики наиболее значимо зависит от диаметра подающей трубки и мощности плазменного потока.

Для определения оптимальных режимов напыления разработанных порошковых материалов, обеспечивающих получение покрытий максимальной плотности, были проведены исследования по установлению совместного влияния выбранных факторов.

Оптимизация параметров процесса напыления покрытий

С целью определения оптимальных режимов напыления покрытий, обеспечивающих получение максимально плотного слоя, реализовывался полнофакторный эксперимент с применением центрального композиционного ортогонального плана второго порядка.

Оптимизация процесса напыления порошковых материалов на основе системы Ге—Сг—С.

Исследование проводили на материале состава Бе-13 % Сг-0,4 % С (40Х13).

В качестве переменных факторов, оказывающих наиболее существенное и явное влияние на плотность формируе-

мого покрытий, была выбрана дистанция напыления и мощность плазменного потока. Средний размер гранул наносимого материала составлял 35 мкм. Рабочая мощность установки изменялась в пределах 30.40 кВт. Дистанция напыления варьировалась в интервале 100.180 мм.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получена математическая модель, адекватно представляющая результаты исследований:

р = 97 - 4х1 + 2,7х2 - 4,6х12 . (7)

Как видно из представленного графика (рис. 9), повышение мощности струи приводит к росту плотности формируемого слоя, а увеличение дистанции напыления к ее снижению. Таким образом, для материалов данной группы оптимальными условиями напыления является мощность высокотемпературного потока 40 кВт и дистанция напыления 115 мм.

Оптимизация процесса напыления порошковых материалов на основе системы ¥е—Ш—Сг—С—(А1 + Ге2Оз).

Для оптимизации процесса был выбран материал состава Бе-18 % Сг-10 % N1-0,12 % С + (6,28 % Бе203 + А1). В качестве переменных факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на плотность формируемого покрытия, были выбраны средний размер гранул наносимого материала и мощность плазменного потока. В эксперименте размер частиц составлял 35.135 мкм, рабочая мощность установки изменялась в интервале 30.50 кВт.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получена математическая модель, адекватно представляющая результаты эксперимента:

у = 94 - 3,8х1 + 3,8х2 - 5,2х12 . (8)

Рис. 9. Зависимость плотности формируемых покрытий из порошкового материала Бе-13 % Сг-0,4 % С от дистанции напыления и мощности плазменной струи

Рис. 10. Зависимость плотности формируемых покрытий из композиционного материала Бе-18 % Сг-10 % N1-0,12 % С + (6,28 % Бе20э + А1) от среднего размера частиц и мощности плазменной струи

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

Наибольшей плотностью покрытия обладают в случае использования гранулированной композиции с размером частиц 75 мкм (рис. 10). Увеличение мощности плазменного потока ведет к повышению плотности покрытия. Таким образом, для данной группы материалов за оптимальные условия напыления можно принять мощность плазменной струи 45 кВт, средний размер гранул 85 мкм.

Оптимизация процесса напыления порошковой композиции Ге-30 % Л1-Гв203.

Для оптимизации использовали порошок, полученный из шихты Бе-30 % А1-(7,85 % Бе20э-А1). В каче-

стве переменных факторов, оказывающих наиболее существенное и явное влияние на плотность формируемого покрытий, были выбраны размер частиц наносимого материала и мощность плазменного потока. В эксперименте средний размер частиц составлял 35.135 мкм, потребляемая плазмотроном мощность изменялась в интервале 30.50 кВт.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получена математическая модель, адекватно представляющая результаты эксперимента:

у = 87 - 9,3х1 + 5,3х2 - 4,7х12 . (9)

Рис. 11. Зависимость плотности формируемых покрытий из порошкового материала Бе-30 % А1-7,85 % Бе203 от среднего размера частиц и мощности потребляемой плазмотроном

Исходя из полученных данных (рис. 11), для рассматриваемой группы материалов оптимальными условиями напыления будут мощность плазменной струи ~ 45 кВт, средний размер частиц 35 мкм.

Оптимизация процесса напыления композиционных материалов на основе системы Л/2О3-Т1О2.

Для оптимизации использовали механически легированный материал состава А1203-13 % ТЮ2. В качестве переменных факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на плотность фор-

мируемых покрытий, были выбраны диаметр отверстия подающей трубки и мощность потребляемая плазмотроном. В эксперименте диаметр отверстия подающей трубки варьировался в интервале 1,4.2 мм, рабочая мощность установки изменялась от 35 до 45 кВт.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получена математическая модель, адекватно представляющая результаты эксперимента:

у = 87 - 9,3х1 + 5,3х2 - 4,7х12 . (10)

Рис. 12. Зависимость плотности формируемых покрытий из композиционного материала А1203-13 % Т102 от диаметра отверстия подающей трубки и мощности потребляемой плазмотроном

Исходя из полученных данных (рис. 12), для рассматриваемой группы материалов оптимальными условиями напыления будут мощность плазменной струи 40 кВт, диаметр подающей трубки 1,7 мм.

Таким образом, оптимальными условиями напыления разработанных порошковых материалов будут размер отверстия подающей трубки для большинства гранулированных композиций на основе металлов 2 мм, для композиций на основе систем Бе-Сг-С и А12О3-ТЮ2 - 1,8 и 1,7 мм соответственно. Дистанция напыления для материалов на основе металлов составляет 200.250 мм от среза сопла до изделия, для композиций Бе-Сг-С и А12О3-ТЮ2 -100.120 мм. Мощность плазменной струи - не менее 40 кВт. Средний размер гранул напыляемого материала для большинства металлических композиций - 85 мкм, для материалов систем Бе-Сг-С, Бе-30 % А1 и АЮ3-ТЮ2 -35 мкм.

Выводы

1. Установлено, что увеличение времени обработки шихты исследованных композиций в механореакторе при оптимальных технологических параметрах механического легирования в интервале 6.12 ч приводит к росту твердости и износостойкости покрытий, формируемых из полученных в результате механического легирования порошков, что обусловлено более полным завершением механохимических превращений в материале, образованием большего количества дисперсных

упрочняющих фаз, а также измельчением структуры материала.

2. Определены оптимальные составы исходных композиций, обеспечивающие получение плазменных покрытий с наибольшим значением износостойкости, которые составили:

- материалы на основе железа:

Бе-30 % А1-15,7 % Бе2О3;

Бе-18 % Сг-0,95 % С;

Б е-18 % С г-10 % N1 -(9,42 % Бе2О3-А1);

- материалы на основе металлизированной керамики:

АЮ3-13% Т102-7,5 % N1-3,75 % А1.

3. Исследовано влияние режимов напыления покрытий на их плотность и установлены оптимальные условия напыления разработанных композиционных порошковых материалов, которые имеют следующие параметры: размер отверстия подающей трубки для большинства синтезированных порошков на основе металлов 2 мм, для композиций на основе систем Бе-Сг-С и А12О3-Т1О2 - 1,8 и 1,7 мм соответственно. Дистанция напыления для материалов на основе металлов составляет 200.250 мм от среза сопла до изделия, для композиций Бе-Сг-С и А12О3-Т1О2 -100.120 мм. Мощность плазменной струи - не менее 40 кВт. Средний размер гранул напыляемого материала для большинства металлических композиций - 85 мкм, для материалов систем Бе-Сг-С, Бе-30 % А1 и А12О3-Т1О2 - 35 мкм. Расстояние от среза сопла до выходного отверстия -5 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ловшенко, Г. Ф. Теоретические и технологические аспекты создания наноструктурных механически легированных материалов на основе металлов / Г. Ф. Ловшенко, Ф. Г. Ловшенко. - Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2005. - 276 с.

2. Ловшенко, Г. Ф. Наноструктурные механически легированные материалы на основе металлов : монография / Г. Ф. Ловшенко, Ф. Г. Ловшенко Б. Б. Хина ; под ред. д-ра техн. наук, проф. Ф. Г. Ловшен-ко. - Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2008. - 679 с. : ил.

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

3. Ловшенко, Ф. Г. Исследование износостойкости газотермических покрытий / Ф. Г. Ловшенко, Г. Ф. Ловшенко, А. С. Федосенко // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : мате-

риалы Междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 24-25 апр. 2014 г. I М-во образования Респ. Беларусь [и др.] ; редкол. : И. С. Сазонов (гл. ред.) [и др.]. - Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2014. - С. 124-125.

4. Борисов, Ю. С. Плазменные порошковые покрытия I Ю. С. Борисов, А. Л. Борисова. - Киев : Техника, 1986. - 222 с.

Статья сдана в редакцию 30 июня 2016 года

Алексей Сергеевич Федосенко, ст. преподаватель, Белорусско-Российский университет. Тел. :+375-295-46-96-34.

Федор Григорьевич Ловшенко, д-р техн. наук, проф., Белорусско-Российский университет

Григорий Федорович Ловшенко, д-р техн. наук, проф., ректор Белоруской государственной академии

авиации.

Aleksei Sergeyevich Fedosenko, senior lecturer, Belarusian-Russian University. Phone: +375-295-46-96-34.

Fedor Grigoryevich Lovshenko, DSc (Engineering), Prof., Belarusian-Russian University.

Grigory Fedorovich Lovshenko, DSc (Engineering), Prof., Rector of Belarusian State Aviation Academy.