РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ КАРБИДА ТИТАНА, ПЛАКИРОВАННОГО НИКЕЛЬ-ФОСФОРОМ И МЕДЬЮ
2.1. Влияние режима напыления на процесс формирования покрытия
Анализ проблемы получения композиционных плазменных покрытий показывает, что для получения качественных покрытий необходимо обеспечивать прочное сцепление частиц с матрицей, исключить образование новых хрупких фаз, обеспечить равномерное распределение упрочняющих частиц в матрице и их совместное уплотнение. Эти задачи наиболее просто решаются методом плазменного напыления материала матрицы совместно с частицами тугоплавких соединений. Очевидно, что при напылении, плакированных порошков главным условием должно быть сохранение целостности плёнки металла на поверхности тугоплавкой частицы. Если плакирующий слой сворачивается на частицах, но всё-таки удерживается на поверхности в виде отдельных капель, то, как указывает Борисов Ю.С. /26/, формирование покрытия происходит удовлетворительно, однако защиты от обезуглероживания такое планирование не обеспечивает. Следовательно, напыление плакированного порошка необходимо производить на режимах, при которых металл на тугоплавких частицах сохраняется в виде сплошной оболочки. Установить эти режимы можно, по-видимому, путём анализа микроструктуры плакированного порошка, которую он имел перед попаданием на подложку (после прохождения через плазменную струю). Такой анализ возможен, если распыляемый порошок направить не на подложку, а в сосуд с водой, где он мгновенно остывает, сохраняя структуру, которая у него была в момент подлёта к подложке.
На рис.2.1-2.3 представлены микроструктуры частиц TiC, плакированных никель-фосфором и медью и пропущенных через плазму при различных режимах напыления. Микроструктурный анализ порошков показывает, что в первую очередь расплавляются медная и никелевая оболочки, а поверхность карбида титана остается без изменения и только при значительном увеличении параметров напыления (силы тока, расхода газа) начинается его оплавление. При этом для более мелких порошков требуется более низкая сила тока, а для более крупных - более высокая (рис.2.1).
При анализе микроструктур наблюдается зависимость режимов напыления от толщины плакирующей оболочки, т.е. количества никеля в смеси. Чем больше никеля, тем более высокие параметры напыления необходимы для расплавления оболочки и поверхности ядра (рис.2.2), поскольку более крупные частицы (из-за большего размера ядра или толщины плакирующей оболочки) обладают большей массой и, следовательно, требуют большего количества тепла для нагрева и оплавления в плазменной струе.
При высоких расходах плазмообразующего газа (55 л/мин и более) после напыления наблюдается большое количество частиц без защитной оболочки, которая, по-видимому, была сорвана чрезмерно сильным потоком плазмы (рис.2.3). Частицы карбида в этом случае наблюдаются оплавленными.
Увеличение параметров напыления, как уже отмечалось, вызывает, не расплавление ядра, а потерю им оболочки. Причина этого в том, что плакирующий металл, как гораздо более легкоплавкий по сравнению с ядром материал, поглощает основную часть тепловой энергии струи. В случае сильного перегрева плакирующий слой будет кипеть, и испаряться, продолжая поглощать энергию струи и защищая тем самым ядро от расплавления. При сравнении микроструктур идентичных плакированных и агрегатированных /57/ порошков видно, что во втором случае имеется большое число оголенных участков поверхности тугоплавких частиц (рис.2.1 и 2.4). При увеличении силы тока, расхода газа и других параметров напыления удерживание никеля и меди на поверхности плакированного карбида лучше, чем в агрегатированном порошке.
При анализе микроструктур распыленных порошков было также установлено, что частицы карбида титана, плакированные никелем и медью, при прохождении через плазменную струю сливаются друг с другом своими расплавленными оболочками и образуют более крупные конгломераты (рис.2.1-2.3). Это свойственно
а б
в г
Рис.2.1. Влияние тока напыления на микроструктуру плакированного порошка TiC,
?240, (50% TiC, размер частиц 50...100 мкм, S=110 мм, Q=45 л/мин):
а - до напыления, б - 160 А, в - 250 А, г - 320 А
а
б в
Рис. 2.2. Микроструктура порошка TiC, плакированного различным количеством
никеля и меди, ?240 (S=110 мм, Q=45 л/мин):
а - d= менее 50 мкм, I=310 А, 35% ((Ni-P)+Cu); б, в - d=50...100 мкм,
I=325А, б -50% ((Ni-P)+Cu), в - 65% ((Ni-P)+Cu)
а б
Рис. 2.3. Микроструктура плакированных порошков состава TiC+65% ((Ni-P)+Cu),
?240 (I=330 А, S=120 мм, Q=58 л/мин), размер частиц: а - 50...100 мкм,
б - 110...175 мкм
?300 ?300
а б
?240 ?240
в