372 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
372
Процессу напыления предшествует операция предварительного подогрева основы,
производящаяся напылительным плазмотроном без подачи порошка.
При газотермических методах напыления порошковых покрытий имеет место
неравномерное распределение температуры и скорости по сечению потока [4, 5]. Вследствие
этого транспортируемые плазменным потоком частицы взаимодействуют с основой,
находясь в различных сложных агрегатных состояниях [6]. Об агрегатном состоянии частиц
потока и о характере их взаимодействия с основой судили по структуре частиц покрытия.
Микроструктура покрытия неоднородна по своему строению (рис. 3). Во внешних
областях потока располагаются преимущественно частицы, находящиеся в твёрдом
состоянии и частицы с оплавленной поверхностью (с твёрдым керном). Эти частицы имеют
твёрдую сердцевину с выделениями мелких наследственных первичных карбоборидов
размером 0,5 – 1,0 мкм (рис. 3,а). При взаимодействии с предварительно активированной
основой первые прибывающие частицы внешней зоны потока закрепляются на ней,
благодаря механическому зацеплению,
заклиниванию,
удерживаются слабыми
невалентными силами взаимодействия (силами Ван-дер-Ваальса), химическими силами
связи и на отдельных участках происходит сваривание их с основой [7]. Твёрдые частицы,
сохранившие исходное строение, участвуют в формировании контактного слоя покрытия,
будучи захваченными жидкими расплавленными частицами. С основой и между собой
частицы свариваются лишь на отдельных участках поверхности там, где при соударении
разрушается их оксидная плёнка. На относительно холодной основе частицы быстро
охлаждаются и затвердевают. В дальнейшем напорное давление потока не в состоянии
«закрыть» несплошности между частицами за счёт их деформирования. Пористость в
контактном слое составляет 16-18%. Поры имеют различную форму: разветвленные, с
острыми краями, скруглённые, сжатые в плоскости покрытия. Характер связей частиц в
контактной зоне покрытия обуславливает его низкую адгезионную и когезионную
прочность, которая при определении её штифтовым методом составила 30…40 МПа.
Среднее сечение потока содержит частицы, находящиеся в основном, в
расплавленном состоянии. Эти частицы при кристаллизации после закрепления на
обрабатываемой поверхности получают структуру твёрдого раствора, что обусловлено
достаточно высокой скоростью их охлаждения на основе (рис. 3,б). Отдельные частицы
имеют выделения вторичной дисперсной твёрдой фазы. Очевидно, это следствие
теплообмена с расплавленными частицами потока. Частицы со структурой твёрдого раствора
имеют наиболее высокую микротвердость (Н
20
14-18 ГПа), что объясняется структурными
изменениями, происходящими во время их закалки из жидкого состояния. При выделении из
твёрдого раствора вторичных частиц его микротвёрдость снижается до Н
20
6,6 - 9,2 ГПа.
Внешние слои покрытия формируются частицами тыльной периферийной части
потока, обладающими, как и частицы фронтальной части, меньшей скоростью и
температурой. Поверхность покрытия не подвергается воздействию "напорного давления"
потока. Частицы с невысокой скоростью закрепляются на активированных участках с
развитым рельефом, образуя рыхлую шероховатую поверхность. Здесь наблюдаются как
частицы с формой близкой к сферической, так и деформированные частицы с признаками
подплавления (рис. 3,в).
Из приведённых данных видно, что покрытие неоднородно и имеет строение в
поперечном сечении в виде трёх характерных зон.
При наращивании толщины покрытия более 300 мкм под действием
увеличивающихся внутренних напряжений появляются несплошности между основой и
покрытием. Для прочного сцепления покрытия с основой производится дополнительная его
термическая обработка. В технологическом цикле плазменного напыления целесообразно
оплавление напылённого покрытия плазменным методом. Однако это, как и любая другая
дополнительная обработка, усложняет и удорожает технологию.