CC BY
13
ISSN 1999-4125 (Print) http://vestnik.kuzstu.ru
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ ENGINEERING TECHNOLOGY
Научная статья УДК 621.793.71
DOI: 10.26730/1999-4125-2022-1-12-22
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЕВЫХ
М-КРОЛЕЙ
Пантелеенко Федор Иванович1, Оковитый Вячеслав Александрович1, Сидоров Виктор Александрович1, Оковитый Василий Вячеславович1, Асташинский Валентин Миронович2, Францишек Свитала3
Блюменштейн Валерий Юрьевич4
1 Белорусский национальный технический университет
2 Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси
3 Самарский государственный технический университет
4 Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева *для корреспонденции: panteleyenkofi@tut.by
Аннотация.
В статье приведены результаты исследования влияния параметров плазменной струи на характеристики многослойных композиционных покрытий на основе никель-хрома, никель-хром-алюминий-иттрия и оксидов алюминия и титана. При процессе получения напыленных износостойких слоев из разработанных порошковых материалов присутствует большое количество факторов технологического процесса, влияющих на свойства создаваемых защитных покрытий. Основные факторы - скорость устройств перемещения плазменной горелки или подложки, применяемая дистанция для напыления, расход используемого плазмообразующего и транспортирующего газов, расход материала, применяемого при распылении, подводимая мощность, зависящая от напряжения и тока электрической дуги плазмотрона. Проведена оптимизация на основании получения максимального коэффициента использования порошка. Приведены результаты исследований морфологии сформированных покрытий, выполненных с использованием растровой электронной микроскопии.
Информация о статье
Поступила: 15 декабря 2021 г.
Одобрена после рецензирования: 30 января 2022 г.
Принята к публикации: 25 февраля 2022 г.
Ключевые слова:
плазменная струя, оптимизация процесса, коэффициент использования порошка, плазменные компрессионные потоки, эксплуатационные характеристики.
Для цитирования: Пантелеенко Ф.И., Оковитый В.А., Сидоров В.А., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Францишек С., Блюменштейн В.Ю. Выбор оптимальных параметров нанесения многослойных плазменных покрытий из материалов на основе никелевых м-кролей // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2022. № 1 (149). С. 12-22. doi: 10.26730/1999-4125-2022-1-12-22
Введение. На основе анализа современного применения и особенностей металлокерамических плазменных покрытий можно констатировать, что данные композиции (оксид-металлическая составляющая) используются в качестве диэлектрических,
теплозащитных и износостойких покрытий [1-8].
Предлагаемое нами направление исследований касается технологии формирования покрытий с
повышенной износостойкостью для улучшения эксплуатационных
характеристик у деталей
трибосопряжений, работающих в тяжелых условиях при повышенных нагрузках в отсутствие смазочного материала, колебаниях температурных показателей (моторостроение,
металлургическое оборудование,
авиационная и космическая техника) [1-14]. Согласно результатам проведенных исследований, для таких условий эффективны покрытия, наносимые плазменным напылением с последующей высокоэнергетической обработкой импульсами плазмы (лазерного излучения) [9-11]. К факторам износостойкости в данном случае относится состав
композиционных частиц исходных порошков, обеспечивающий
эффективную структуру покрытий. Кроме того, высокоэнергетическая обработка плазменных покрытий обеспечивает их упрочнение за счет уплотнения и формирования измельченной (нанокристаллической), неравновесной (аморфной) структуры при сверхбыстром охлаждении оплавленных слоев толщиной 30-100 мкм [11-15]. Вместе с тем для окончательных выводов и решений, направленных на успешное внедрение упомянутых покрытий, целесообразно изучить перспективы синтеза новых композиционных порошков из металлокерамики и разработать критерии прогнозирования свойств покрытий из них, полученных плазменным напылением, а также исследовать и оптимизировать технологические параметры плазменного напыления композиционных порошков.
В рамках данной работы особое внимание будет уделено вопросам влияния формируемой структуры на физико-механические и эксплуатационные свойства покрытий на основе сплавов MCrAlYТа, армированных оксидами (например, AhOз А12О3-ТЮ2). Чистые MCrAlYТа не подходят для трибологических применений, потому что их низкая твердость может привести к очень сильному износу в условиях скользящего контакта, особенно на этапах приработки при
Рис. 1. Распыленная частица AhO3-TiO2-Ni-Cr-Al-Y на подложке (х400) Fig. 1. Atomized particle Al2O3-TiO2-Ni-Cr-Al-Y on a substrate (x400)
90 80 70 60 50 40
350 400 450 500 550 600 650 700 Сила тока, А □ I П2
Рис. 2. Влияние на показатели КИП, % значений показателей подводимого тока плазмотрона (I, A) для
порошкового материала подслоя: 1 - МСЫПТа (R пор. =4,0кг/час, фракция порошка 40-63 мкм, RN =45 л/мин; L=100 мм); 2 - фракция порошка 63-80 мкм Fig. 2. Influence on the parameters of the KIP, % values of the parameters of the supplied current of the plasma torch (I, A) for the powder material of the sublayer: 1 -МСгАПТа (R por. =4.0 kg / h, powder fraction 40-63 microns, RN =45 l / min; L=100 mm); 2 - powder fraction
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
о4
§ —
п - - П
_
35
40 45 50 55 60 65
Расход плазмообразующего газа, л/мин □ Ш2
нанесения плазменных материалов на никелевых м-кролей. В
Технология многослойных покрытий из основе
соответствии с разработанной нами методикой оптимизацию
плазменного напыления
порошковых покрытий на установке плазменного напыления на воздухе осуществляли по коэффициенту использования распыляемого
порошкового материала (КИП). При этом учитывали также морфологию отдельных наносимых на отполированную поверхность
частиц порошковых материалов после их взаимодействия с основой (подложкой) («Splat-test») (рис. 1). По результатам осмотра под микроскопом для аналогичных «Splat-test» технологических
режимов осуществлялся процесс оптимизации на базе создания покрытий с максимальным КИП (коэффициента использования порошкового материала).
При процессе получения напыленных износостойких слоев из разработанных порошковых
материалов присутствует большое количество факторов
технологического процесса,
влияющих на свойства создаваемых защитных покрытий. Основные факторы- скорость устройств перемещения плазменной горелки или подложки, применяемая дистанция для напыления, расход используемого плазмообразующего и транспортирующего газов, расход материала, применяемого при распылении, подводимая мощность, зависящая от напряжения и тока электрической дуги плазмотрона [12-17]. В качестве примера на рис. 2-8 показаны характерные
Рис. 3. Влияние на показатели КИП, % дистанции формирования покрытий L, мм для материала промежуточного подслоя: 1 - ЫЮгЛИТа R пор.=4,5 кг/час, фракция порошка 40-63 мкм, RN =45 л/мин; 1=550 Л);
2 - фракция порошка 63-80 мкм. Fig. 3. Influence on the indicators of the statue, % of the distance of the coating formation L, mm for the material of the industrial mean: 1 - МСЛПТа R por. =4.5 kg /h, powder fraction 40-63 microns, RN= 45 l /min; I=550 a); 2 - powder fraction 63-80 microns
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Расстояние от среза сопла, мм 1 2 D3
Рис. 4. Влияние на показатели КИП, % дистанции формирования покрытий L, мм для порошкового материала износостойкого слоя:1 -Лl2O3-TiO2-NiCrЛlIТа
(фракция 40...63 мкм; 1=500Л, RN=45 л/мин, R пор.=4,5 кг/час); 2 - фракция 63-80 мкм; 3 - фракционный состав -80-100 мкм
Fig. 4. Influence on the KIP indicators, % of the coating formation distance L, mm for the powder material of the wear-resistant layer:1 -Лl2O3-TiO2-NiCrЛlIТа (fraction 40...63 microns; I=500Л, RN=45 l/min, Rpore=4.5 kg /hour); 2 - fraction of 63-80 microns; 3 - fractional composition-80-100 microns
низких температурах. Поэтому изготовление композитных
покрытий на основе сплавов MCrAlYТа, армированных
оксидами, представляется
необходимым решением для того, чтобы связать стойкость металла к окислению с твердостью и химической стабильностью
керамической фазы [3-12].
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рис. 6. Влияние показателей КИП, % на значения показателей подводимого тока плазмотрона для порошковых материалов износостойких слоев:1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlIТа (L=110 мм; RN=50 л/мин,
фракция 40-63 мкм); 2 - фракция 63-80 мкм Fig. 6. Influence of KIP indicators,% on the values of the plasma torch input current indicators for powder materials of wear-resistant layers:1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlIТа (L=110 mm; RN=501 / min, fraction
40-63 microns); 2 - fraction 63-80 microns
80 75 70 65 60 55 50 45 40
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Расход порошка, кг/час □ 1 2
Рис. 7. Влияние показателей КИП, % на расход порошкового материала для формирования износостойких слоев: 1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlIТа (L=110 мм; I=500 A, c фракцией 40-63 мкм);
2 - c фракцией 63-80 мкм Fig. 7. Influence of KIP indicators, % on the consumption ofpowder material for the formation of wear-resistant layers: 1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlIТа (L=110 mm; I=500 A, with a fraction of40-63 microns);
2 - with a fraction of 63-80 microns
зависимости, которые с помощью КИП-универсальной характеристики показывают влияние на эффективность процесса перечисленных условий и режимов напыления. Произведена качественная оптимизация всех важнейших параметров APS (плазменное напыление в условиях атмосферы) процесса создания износостойких покрытий из порошковых материалов NiCrAПТа (для создания подслоев), а также NiCrAПТа-AhOз-TЮ2 (для создания износостойких слоев). Она проводилась поэтапно. Первый этап - для фиксированных показателей тока дуги и формирующего плазму азота варьировались дистанции для создания покрытий. Второй этап -изменение количества формирующего плазму азота при неизменных дистанциях напыления порошкового материала и значении применяемого тока. Затем на третьем этапе для определенных постоянных значений дистанции напыления порошкового материала и расходах плазмообразующего газа-азота мы изменяли величины подводимого тока. Для NiCrAlIТа (ток
0 300 350
400 450 500 550 Сила тока, А 1 2
600 650
о4
У
■—1
-
1 ■
II ■
85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
Рис. 8. Влияние показателей КИП, % на скорость при перемещении основы для порошковых материалов износостойких слоев: 1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlITa (L=110мм; I=500 A; Кпор.=4,5 кг/час, c
фракцией 40-63 мкм); 2 - c фракцией 63-80 мкм Fig. 8. Impact indicators of KIP, % on the speed when moving the bases for powder materials, the values of the layers: 1 - Al2O3-TiO2-NiCrAlIТа (L=110 mm; I=500 A; Rpor.= 4.5 kg / hour, with a fraction of40-63 microns); 2 - with a fraction of63-80 microns
! Рис. 9. Изображения участков поверхности Рис. 10. Микроструктура поперечного
сформированного износостойкого покрытия из сечения напыленных композитных
1 порошкового материала Al2O3-TiO2-NiCrAlYТа при покрытий МСгАИТа / Al2O3-TiO2
\ увеличении *1000 Fig. 10. Microstructure of the cross-section of
\ Fig. 9. Images of the surface areas of the formed wear- the sprayed composite coatings NiCrAlYTa / ! resistant coating made of Al2O3-TiO2-NiCrAlYТа Al2O3-TiO2
i powder material at magnification 000
дуги плазменной горелки - 550 А, скорость при перемещении основы Уподл=300 мм /с, расход формирующего плазму азота - 45 л/мин, дистанция для формирования покрытия - 100 мм, фракционный состав порошкового материала - 40-63 мкм, расход порошкового материала - 4,0 кг/час) сформирован подслой покрытия с КИМ - 85 %. Для №СгА1ГГа-АЬОз-ТЮ2 -износостойкий слой (ток дуги плазменной горелки - 550 А, скорость при перемещении основы Уподл=300 мм/с, расход формирующего плазму азота - 50 л/мин, дистанция для формирования покрытия - 110 мм, фракционный состав порошкового материала - 40-63 мкм, расход порошкового материала - 4,0 кг/час) - сформирован подслой покрытия с КИМ - 80 %.
При указанных значениях технологических параметров формируется микрогетерогенная структура напыленного покрытия, содержащая элементы, обеспечивающие его износостойкость
п П
Ii II II II II II Ii
0 100 150 200 250 300 350 400 Скорость перемещения подложки, мм/с 1 2
* ■ 1 ♦ «-AhOi * v-AljO; • рутил TiO: ■ ЯНЛ7Я1 TlO- » Cri i.^N'i: ¡sAli it
1 1 т ♦ ■ *
Vv/LVU
20 30 40 SO 60 70 SO
29/°
Рис. 11. Рентгенограмма покрытия NiCrAlYTa-Al2O3-TiO2 Fig. 11. X-ray image of the NiCrAlYTa- Al2O3-TiO2 coating
(Сг1,12№2,88, а-АЬОз, у-АЬОз, орторомбическая фаза оксида титана ТЮ2, соединения Мо). При этом, как видно из рис. 1, достигается растекание расплавленных частиц на подложке, отсутствует их разбрызгивание и потери при соударении с подложкой.
Исследование структуры и свойств напыленных при оптимальных режимах плазменных порошковых покрытий из керамики с применением добавок тугоплавких металлов
На рис. 9 показан внешний вид покрытия АЬОз-ТЮ2-№СгА^Та, нанесенного плазменным напылением. Из рисунка видно, что покрытие имеет хорошую плотность, и никаких поверхностных дефектов, таких, как трещины, не видно. Керамические агрегаты А12О3-ТЮ2 связаны друг с другом, и часть крупногабаритных керамических частиц внедряется в расплавленные №СгА^Та покрытия. Такие микроструктурные характеристики связаны с подвижностью расплавленных жидкофазных МСгА^Та составляющих, которые могут заполнять промежутки и трещины, возникающие при плазменном напылении оксидного покрытия, и улучшать плотность покрытия. На рис. 10 показаны микроструктуры композиционных покрытий №СгА^Та / АЬОз-ТЮ2-№СгА^Та мас. %. Анализ микроструктур показывает, что керамическая фаза А12О3-ТЮ2 выглядит темно-серой, а фаза №СгА^Та -светло-серой. Из микроструктуры видно, что композитные покрытия являются плотными и однородными, можно наблюдать поры, в то время как качество межконтактных контактов хорошее для всех покрытий. Можно также заметить, что №СгА^Та в покрытиях присутствует в виде тонких пластин.
Как показано на рисунке 10, структуры частиц являются результатом переплавленных или не расплавленных частиц исходного сырья. Пластинчатые микроструктуры указывают на то, что распыленные капли еще не затвердели до удара, воздействуя на подложку или ранее осажденные слои с высокой скоростью. Степень плавления частиц в значительной степени определяет пористость, микротвердость и последующие свойства покрытия. Заметно, что на границе подложка-покрытие присутствует взаимно смещенная структурная сетка. Граница не является четко определенной, что указывает на то, что в процессе высокотемпературного напыления керамические составляющие покрытия плавятся в органическое целое с металлической составляющей в области границы раздела, и что элементы двух составляющих диффундируют и проникают друг в друга, нет очевидных границ между слоистыми структурами. Помимо химической и механической связи, существуют некоторые металлургические связи. На рис. 11 показаны рентгенограммы покрытия №СгА^Та-АЬОз-ТЮ2. Из рентгенограммы видно, что основными кристаллическими фазами в системе покрытия являются у-АЬОз, анатаз (ТЮ2), фаза Сг1,12№2,88, в дополнении к а-АЬОз и рутила ТЮ2. Дифракционные пики рутила ТЮ2 обнаруживаются около 20=32 ° и 20=70 °, его содержание увеличивается после распыления, что свидетельствует о том, что переход из фазы анатаза в рутильную фазу ТЮ2 происходит при высокой температуре [15-20]. Согласно результатам количественного анализа, содержание а-
AhO3 и анатаза TiO2 составляет 30,4% и 32,2% соответственно; они составляют основные фазовые структуры высокотемпературных керамических покрытий.
Выводы
Произведена оптимизация всех важнейших параметров APS (плазменное напыление в условиях атмосферы) процесса создания износостойких покрытий из порошковых материалов NiCrAlIТа (для создания подслоев), а также NiCrAПТа-AhOз-TЮ2 (для создания износостойких слоев). При оптимальных технологических параметрах формируется микрогетерогенная структура напыленного покрытия, содержащая элементы, обеспечивающие его износостойкость (Cr1,12Ni2,88, a-AhO3, y-AhO3, орторомбическая фаза оксида титана TiO2, соединения Мо). Покрытие имеет хорошую плотность без поверхностных дефектов, керамические агрегаты AhO3-TiO2 связаны друг с другом, и часть крупногабаритных керамических частиц внедряется в расплавленные №СгА^Та покрытия. Такие микроструктурные характеристики связаны с подвижностью расплавленных жидкофазных МСгА^Та составляющих, которые могут заполнять промежутки и трещины, возникающие при плазменном напылении оксидного покрытия, и улучшать плотность покрытия. Пластинчатые микроструктуры указывают на то, что распыленные капли еще не затвердели до удара, воздействуя на подложку или ранее осажденные слои с высокой скоростью. Степень плавления частиц в значительной степени определяет пористость, микротвердость и последующие свойства покрытия. Заметно, что на границе подложка-покрытие присутствует взаимно смещенная структурная сетка. Основными кристаллическими фазами в системе покрытия являются y-AhO3, анатаз (ТЮ2), фаза Cr1,12Ni2,88, в дополнении к a-AhO3 и рутила ТЮ2. Дифракционные пики рутила ТЮ2 обнаруживаются около 20=32 ° и 20=70 °, его содержание увеличивается после распыления, что свидетельствует о том, что переход из фазы анатаза в рутильную фазу ТЮ2 происходит при высокой температуре. Согласно результатам количественного анализа, содержание a-AhO3 и анатаза ТЮ2 составляет 30,4% и 32,2% соответственно; они составляют основные фазовые структуры высокотемпературных керамических покрытий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Okovity V. Plasma wear-resistant coatings with inclusions of a solid lubricant // J. Welding International. 2003. Vol. 16, № 11. P. 918-920.
2. Ilyuschenko A., Shevtsov A., Okovity V. and other. Investigation of composite powders with a carbide phase for plasma spraying of wear resistant coating // Thermal Spray 2001: Proceedins of the International Thermal Spray Conference. 2001. Singapore P. 1119-1121.
3.Okovity V., Ilyuschenko A., Shevtsov A. Deposition of underlayer for heat shifld coatings by methods of thermal spraying // Danube Adria Association For Automation & Manufacturing: Proc. of the 3-st International Conference. Tallinn (Estonia). 2002. Р. 197-200.
4.Shevtsov A., Okovity V., Astashynski V. Modification of thermal sprayed wear- resistant composite coatings by pulsed plasma flow // Proceedings of the 4-th International Conference «Plasma physics and plasma technology». Minsk. 2003. Vol. 2. Р. 681-621.
5.Ilyuschenko, A., Shevtsov A., Okovity V., Buikus K. Investigation of sprayed composite powder particles with hard lubricant spreading on the substrate // Euro PM 2004 hard materials proceedings. Vena. 2004. P. 1117-1120.
6. Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г., Пантелеенко А. Ф., Оковитый В. В. Разработка композиционного материалла на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки для газотермического напыления // «Наука и техника». БНТУ : Минск, 2012. Вып. 4. С.17-22.
7. Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Талако Т. Л., Девойно О. Г., Пантелеенко А. Ф., Оковитый В. В. Исследование структуры плазменных износостойких покрытий на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки // «Наука и техника». БНТУ : Минск, 2013. Вып. 5. С. 15-21.
8. Оковитый В. А., Пантелеенко Ф. И., Девойно О. Г., Пантелеенко А. Ф., Оковитый В. В. Исследование процессов обработки импульсами лазерного излучения плазменных покрытий из материалов на основе многофункциональной оксидной керамики // «Наука и техника», БНТУ : Минск. 2014. Вып. 4. С.3-10.
9. Okovity V. А., Shevtsov A. I., Okovity V. V., Astashinsky V. M., Kostyukevich E. A. Paramets optimization for plasma spraying and pulsed plasma treatment of surface layers of gas-thermal composite coatings based on multifunctional oxide ceramics // High Temperature Material Processes. 2014. №18(1-2). P. 45-62 .
10.Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г., Асташинский В. М., Оковитый В. В. Разработка
композиционного материала на основе многофункциональной керамики для плазменного напыления // «Упрочняющие технологии и покрытия». М. : Машиностроение. 2015. Вып. 2. С.43-47.
11. Оковитый В. А., Пантелеенко А. Ф. Оптимизация процесса напыления износостойких покрытий на основе многофункциональной оксидной керамики // «Обработка металлов», Новосибирск. 2015. №2(67). С.46-54.
12.Оковитый В. А., Пантелеенко Ф. И., Талако Т. Л., Пантелеенко А. Ф. Технология получения композиционного материала на основе многофункциональной оксидной керамики // «Обработка металлов», Новосибирск. 2015. №2(67). С. 39-45.
13.Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А. Формирование многофункциональных плазменных покрытий на основе керамических материалов // БНТУ : Минск. 2019. 231 с.
14. Оковитый В. А., Пантелеенко Ф. И., Асташинский В. М., Оковитый В. В. Технологические особенности формирования плазменных порошковых покрытий из керамики с неравновесной структурой // «Наука и техника». БНТУ : Минск. 2018. Вып. 3. С. 183-189.
15. Оковитый В. А., Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. В., Асташинский В. М., Углов В. В. Формирование и исследование плазменных порошковых покрытий из оксидной керамики, модифицированной высокоэнергетическими воздействиям // «Наука и техника». БНТУ : Минск. 2018. Вып. 5. С.377-389.
16. Panteleenko F. I., Окоу^ V. A., Astashinsky V. M. Sobolevsky S. B., Окоу^ V. V. Analysis and selection of possible options for spraying composite multilayer coatings from ceramic powders on protective screens // Fundamental and applied problems of engineering and technology. №4-2(336). 2019. Р. 166-171.
17. Оковитый В. А., Девойно О. Г., Асташинский В. М., Оковитый В. В. Получение композиционного керамического материала для газотермического напыления // «Наука и техника», БНТУ : Минск. 2017. Вып.3. С.193-199.
18. Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г., Сидоров В. А., Оковитый В. В., Асташинский В. М. Разработка принципов модификации высокоэнергетическим плазменным воздействием покрытий из керамики с применением добавок тугоплавких металлов // Международный сборник научных трудов Донецкого национального технического университета «Прогрессивные технологии и системы машиностроения». ДонНТУ : Донецк. Вып. 1(68). 2020. С. 61-66.
19. Оковитый В. А., Пантелеенко Ф. И., Асташинский В. М., Соболевский С. Б., Оковитый В. В. Формирование плазменных порошковых покрытий из металлокерамики с последующим высокоэнергетическим модифицированием // «Наука и техника». БНТУ : Минск. 2020. Вып. 6. С.615-620.
20. Panteleenko F. I., Okovity V. A., Astashinsky V. M., Devоino O. G., Okovity V. A. Development of principle of modification by high energy plasma exposure of coatings from ceramiks with the application of additives of refining metals // Тезисы XXVII междунар. научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера 21 века». Севастополь. С. 436-439.
© 2022 Авторы. Эта статья доступна по лицензии CreativeCommons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (https://creativec0mm0ns.0rg/licenses/by/4.0/)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах:
Пантелеенко Алексей Федорович, Белорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65), чл.-кор. НАН Б, доктор техн. наук, профессор, panteleyenkofi@tut.by
Оковитый Вячеслав Александрович, Белорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65), кандидат техн. наук, niil_svarka@bntu.by
Сидоров Виктор Александрович, Белорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65), чл.-кор. НАН Б, доктор техн. наук, профессор, panteleyenkofi@tut.by
Оковитый Василий Вячеславович, Инженер, Белорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65)
Асташинский Валентин Миронович, Белорусский национальный технический университет (220072, Минск, п. Бровки, 15, Беларусь), чл.-кор. НАН Б, доктор физ.-мат. наук, профессор, ast@hmti.ac.by
Францишек Свитала, Самарский государственный технический университет, (Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Россия), профессор
Блюменштейн Валерий Юрьевич, профессор кафедры технологии машиностроения, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева (650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, Российская Федерация), докт. техн. наук, профессор, blumenstein.vu@gmail.com
Заявленный вклад авторов:
Пантелеенко Ф.И. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Оковитый В.А. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Сидоров В.А. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Оковитый В.В. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Асташинский В.М. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Францишек С. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Блюменштейн В.Ю. - постановка исследовательской задачи; научный менеджмент; обзор соответствующей литературы; концептуализация исследования; написание текста, сбор и анализ данных; обзор соответствующей литературы; выводы; написание текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Original article
SELECTION OF OPTIMAL PARAMETERS FOR APPLYING MULTILAYER PLASMA COATINGS FROM MATERIALS BASED ON NICKEL M-CROUL
Fyodor I. Panteleenko Vyacheslav A. Okovity Viktor A. Sidorov1, Vasily V. Okovity 1, Valentin M. Astashinsky 2, Switala Franciszek 3 Valery Yu. Blumenstein 4
1Belarusian National Technical University,
2Institute of Heat and Mass Transfer named after A. V. Lykov NAS of Belarus 3Samara Technical University, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244, Russia 4 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University
*for correspondence: panteleyenkofi@tut.by
Abstract.
The article presents the results of a study of the influence of plasma jet parameters on the characteristics of multilayer composite coatings based on nickel-chromium, nickel-chromium-aluminum-yttrium and aluminum and titanium oxides. In the process of obtaining sprayed wear-resistant layers from the developed powder materials, there are a large number of process factors that affect the properties of the created protective coatings. The main factors are the speed of the devices for moving the plasma burner or substrate, the distance used for spraying, the consumption of the plasma-forming and transporting gases used, the consumption of the material usedfor spraying, the power supplied, depending on the voltage and current of the electric arc of the plasma torch. Optimization was carried out on the basis of obtaining the maximum utilization factor of the powder. The results of studies of the
Article info
Submitted: 15 December 2021
Approved after reviewing: 30 January 2022
Accepted for publication: 25 February 2022
Keywords: plasma jet, process morphology of the formed coatings performed using scanning electron
optimization, powder utilization microscopy are presented.
coefficient, plasma compression
flows, operational
characteristics.
For citation Panteleenko F.I., Okovity V.A., Sidorov V.A., Okovity V.V., Astashinsky V.M., Franciszek S., Blumenstein V.Yu. Selection of optimal parameters for applying multilayer plasma coatings from materials based on nickel m-croul. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta=Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2022; 1(149):12-22. (In Russ., abstract in Eng.). doi: 10.26730/1999-4125-2022-1-1222
REFERENCES
1. Okovity V. Plasma wear-resistant coatings with inclusions of a solid lubricant. J. Welding International. 2003;16(11): 918-920.
2. Ilyuschenko A, Shevtsov A, Okovity V and other. Investigation of composite powders with a carbide phase for plasma spraying of wear resistant coating. Thermal Spray 2001: Proceedins of the International Thermal Spray Conference. Singapore. 2001. P. 1119-1121.
3. Okovity VA, Ilyuschenko APh, Shevtsov AI. Deposition of underlayer for heat shifld coatings by methods of thermal spraying. Danube Adria Association For Automation & Manufacturing: Proc. of the 3rd International ConferenceTallinn. Estonia. 2002. P. 197-200.
4. Shevtsov A, Okovity V, Astashynsky V. Modification of thermal sprayed wear-resistant composite coatings by pulsed plasma flow. Proceedings of the 4th Intern. Conf. «Plasma physics and plasma technology». Minsk. 2003;2: 681621.
5.Ilyuschenko A, Shevtsov A, Okovity V, Buikus K. Investigation of sprayed composite powder particles with hard lubricant spreading on the substrate. Euro PM2004 hard materials proceedings. Vena. 2004. P. 1117-1120.
6. Panteleenko FI, Okovity VA, Devoino OG, Panteleenko AF, Okovity VV. Development of a composite material based on oxide ceramics with solid lubricant inclusions for thermal spraying. «Science and technology». BNTU : Minsk. 2012; 4: 17-22.
7. Panteleenko FI, Okovity VA, Talako TL, Devoino OG, Panteleenko AF, Okovity VV. Investigation of the structure of plasma wear-resistant coatings based on oxide ceramics with solid lubricant inclusions. «Science and technology». BNTU : Minsk. 2013;5: 15-21.
8. Okovity VA, Panteleenko FI, Devoino OG, Panteleenko AF, Okovity VV. Investigation of the processing of plasma coatings from materials based on multifunctional oxide ceramics by laser radiation pulses. «Science and technology». BNTU : Minsk,. 2014;4: 3-10.
9. Okovity VA, Shevtsov AI, Okovity VV, Astashinsky VM, Kostyukevich EA. High Temperature Material Processes. 2014; 18(1-2): 45-62.
10. Panteleenko FI, Okovity VA, Devoino OG, Astashinsky VM, Okovity VV. Development of a composite material based on multifunctional ceramics for plasma spraying. «Strengthening technologies and coatings», Mechanical engineering. Moscow. 2015; 2: 43-47.
11. Okovity VA, Panteleenko AF. Optimization of the spraying process of wear-resistant coatings based on multifunctional oxide ceramics. «Processing of metals». Novosibirsk. 2015; 2(67): 46-54.
12. Okovity VA, Panteleenko FI, Talako TL, Panteleenko AF. Technology for obtaining a composite material based on multifunctional oxide ceramics. Metalworking. Novosibirsk. 2015; 2(67): 39-45.
13. Panteleenko FI, Okovity VA. Formation of multifunctional plasma coatings based on ceramic materials. BNTU : Minsk. 2019. 231 p.
14. Okovity VA, Panteleenko FI, Astashinsky VM, Okovity VV. Technological features of the formation of plasma powder coatings from ceramics with a non-equilibrium structure. Science and Technology. BNTU : Minsk. 2018;3: 83189.
15. Okovity VA, Panteleenko FI, Okovity VV, Astashinsky VM, Uglov VV. Formation and study of plasma powder coatings from oxide ceramics modified by high-energy effects. «Science and Technology». BNTU : Minsk. 2018. P. 377389.
16. Panteleenko FI, Okovity VA, Astashinsky VM, Sobolevsky SB, Okovity VV. Analysis and selection of possible options for spraying composite multilayer coatings from ceramic powders on protective screens. Fundamental and applied problems of engineering and technology. 2019; 4-2(336): 166-171.
17. Okovity VA, Devoino OG, Astashinsky VM, Okovity VV. Obtaining composite ceramic material for thermal spraying. «Science and Technology». BNTU : Minsk. 2017;3: 193-199.
18. Panteleenko FI, Okovity VA, Devoino OG, Sidorov VA, Okovity VV, Astashinsky VM. Development of principles for modification of ceramic coatings by high-energy plasma action using additives of refractory metals.
International collection of scientific papers of the Donetsk National Technical University «Progressive technologies and systems of mechanical engineering». DonNTU : Donetsk. 2020;1(68): 61-66.
19. Okovity VA, Panteleenko FI, Astashinsky VM, Sobolevsky SB, Okovity VV. Formation of plasma powder coatings from cermets with subsequent high-energy modification. Science and Technology. BNTU : Minsk. 2020; 6: 615620.
20. Panteleenko FI, Okovity VA, Astashinsky VM, Devoino OG, Okovity VA. Development of principle of modification by high energy plasma exposure of coatings from ceramiks with the application of additives of refining metals.
Abstracts of the XXVII International Scientific and Technical Conference «Engineering and Technosphere of the 21st Century». Sevastopol. 2020. P. 436-439.
©2022 The Authors. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons. org/licenses/by/4.0/).
The authors declare no conflict of interest.
About the authors:
Fyodor I. Panteleenko, Belarusian National Technical University (65 Nezavisimosti Ave., Minsk, 220013, Belarus), member-cor.NAS of Belarus, Dr. S. in Engineering, prof., panteleyenkofi@tut.by
Vyacheslav A. Okovity, Belarusian National Technical University (65 Nezavisimosti Ave., Minsk, 220013, Belarus), C. Sc. in Engineering, niil_svarka@bntu.by
Viktor A. Sidorov, Belarusian National Technical University (65 Nezavisimosti Ave., Minsk, 220013, Belarus), C. Sc. in Engineering, va_sidorov@tut.by
Vasily V. Okovity, Senior engineer, Belarusian National Technical University (65 Nezavisimosti Ave., Minsk, 220013, Belarus)
Valentin M. Astashinsky, 2Institute of Heat and Mass Transfer named after A. V. Lykov NAS of Belarus (220072, Minsk, Brovka, 15), member-cor.NAS of Belarus, Dr. Sc. in Physics and Mathematics, ast@hmti.ac.by
Switala Franciszek, Samara State Technical University (Samara, Molodogvardeyskaya str., 244, Russia), professor
Valery Yu. Blumenstein, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (65 Nezavisimosti Ave., Minsk, 220013, Belarus), Dr. Sc. in Engineering, blumenstein.vu@gmail.com
Contribution of the authors:
Fyodor I. Panteleenko - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Vyacheslav A. Okovity - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Viktor A. Sidorov - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Vasily V. Okovity - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Valentin M. Astashinsky - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Switala Franciszek - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
Valery Yu. Blumenstein - research problem statement; scientific management; reviewing the relevant literature; conceptualisation of research; writing the text, data collection; data analysis; reviewing the relevant literature; drawing the conclusions; writing the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
