Актуальные проблемы в машиностроении Том 4 №3 2017

101 / 126

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 3. 2017 Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
101
сравнению с внешним покрытием вязко-пластическими свойствами [6-11], что приводит к
значительному замедлению проходящих микрочастиц.
Методика
С целью повышения прочности поверхностного керамического слоя покрытия,
который в первую очередь взаимодействует с налетающей микрочастицей, в работе
предложено проводить его обработку компрессионными плазменными потоками с
энергиями, обеспечивающими плавление приповерхностного слоя. Предполагается, что в
результате такой модификации за счет процессов, связанных со скоростной кристаллизацией
расплава, будет осуществляться формирование мелкокристаллической структуры,
обладающей повышенными механическими свойствами. Структурно-фазовое состояние
приповерхностного модифицированного слоя регулировалось параметрами самого
компрессионно-плазменного воздействия, в частности, плотностью поглощенной энергии,
давлением газа остаточной атмосферы, числом последовательных импульсов воздействия и
др. Оптимизация напыления подслоя на основе NiCr проводилась по методике, описанной в
источниках [12]. Исследования микроструктуры поперечных сечений сформированных
покрытий проводили с использованием растровой электронной микроскопии (РЭМ).
Результаты и обсуждение
В процессе плазменного напыления действует большое число факторов, оказывающих
влияние на свойства получаемых покрытий. Важнейшими из них при прочих равных
условиях являются: расход плазмообразующего и транспортирующего газов, расход
распыляемого порошка, ток электрической дуги (подводимая мощность), дистанция
напыления, скорость перемещения подложки [12]. На первом этапе проводилась
оптимизация процесса напыления вязкого металлического слоя на основе никель-хрома на
основании получения максимального коэффициента использования материала. Вначале
коэффициент использования порошка (КИП) определяли при различных значения тока (300
– 650 А, с интервалом 50А) и расходах плазмообразующего газа (азота) R N2 (45; 50; 55)
л/мин, но с постоянной дистанцией напыления L=110 мм (рис. 1). На следующем этапе
оптимальные значения дистанции напыления определялись с постоянными значениями тока
и величины расхода плазмообразующего газа (I=550 A; RN2 =50 л/мин) для различных
фракций порошка (рис. 2). Очевидно, что увеличение силы тока и расхода
плазмообразующего газа (рис. 1) до определенных значений приводят к увеличению КИП,
т.к. эти параметры влияют на степень проплавления порошка [1-4]. Дальнейшее их
увеличение приводит к тому, что частицы перегреваются и при ударе о подложку
разбрызгиваются, следовательно, КИП уменьшается. При увеличении расхода N2,
происходит уменьшение значений тока для максимального КИП. Похожая тенденция
сохраняется и при изменении дистанции напыления (рис. 2) при оптимизации значения
расхода N2 и тока (в нашем случае R N2 =50 л/мин, I=550 А). При малых дистанциях
напыления частица не успевает достаточно нагреться и достигает подложки с температурой
<tпл. Максимальный КИП наблюдается при L=110 мм, дальнейшее увеличение дистанции
напыления приводит к тому, что частица из–за длительного нахождения в струе
переплавляется и при ударе о подложку разбрызгивается, соответственно КИП падает [5].
Таким образом, на оптимальных режимах для NiCr (расход плазмообразующего газа
азота – 50 л/мин, сила тока – 550А, дистанция напыления -110 мм, фракция порошка 40-63
мкм, расход порошка 4,5 кг/час) получены покрытия с максимальным КИП – 85%.