РАЗДЕЛ 2
ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
Анализ экспериментальных и теоретических работ, посвященных методам модификации
свойств поверхности изделий, позволил выделить перспективное направление,
заключающееся в формировании покрытий высокоскоростными потоками импульсной
плазмы в комбинации с обработкой защитного слоя концентрированными потоками
заряженных частиц (электронами и ионами). Учитывая ряд важных факторов,
сопровождающих процессы взаимодействия плазменно-порошкового потока с
поверхностью материала подложки, а также процессы воздействия заряженных частиц
на решетку материала покрытия, которые позволяют стимулировать различные
структурно-фазовые преобразования под влиянием полей высоких температур и
давлений, активировать процессы диффузии и упрочнение границы раздела
покрытие/подложка за счет закалки или распространения упруго-пластических и
ударных волн, было определено направление наших исследований. Оно заключалось в
оценке влияния способа обработки и энергетических параметров НСЭП на морфологию
поверхности защитных покрытий, процессы массопереноса и структурно-фазовых
превращений в материале защитного слоя, а также на его механические и
химические свойства. Поскольку большинство существующих разработок посвящено
модификации свойств поверхности при помощи либо закалки материала, либо
осаждения тонкопленочных или толстых порошковых покрытий, в качестве объекта
исследований была выбрана модификация свойств материалов методом формирования
защитных гибридных покрытий в сочетании с обработкой пучками заряженных частиц
и процессы структурных превращений, массопереноса и фазообразования. В
настоящее время широко используется комбинация таких методов, как ионная
имплантация с оплавлением поверхности ЭП [83], обработка пленочных покрытий
пучками электронов и ионов [7, 11]. Работы в данном направлении свидетельствуют
об улучшении физико-механических свойств поверхности (в частности, о повышении
твердости и износостойкости). Учитывая такие результаты, были подобраны
методика и материалы для формирования защитных слоев.
Для осаждения порошковых покрытий применялся сравнительно новый метод,
позволяющий формировать защитный слой с помощью высокоскоростного и
высокотемпературного импульсно-плазменного потока. Последующее осаждение пленок
проводилось широко применяемым методом вакуумной конденсации. Для достижения
поставленной цели в работе в качестве методов исследования были выбраны РЭМ и
металлография (изучение морфологии границы раздела покрытие/подложка), комплекс
спектральных методов (рентгеновский микроанализ, оже-электронная спектроскопия,
резерфордовское обратное рассеивание – для определения элементного состава и
особенностей процессов диффузии) и РСА (исследование закономерностей
структурно-фазовых превращений). Эффективность разработанной технологии
напыления оценивалась по результатам исследований химико-механических свойств
поверхности (измерения микро- и нанотвердости покрытий, испытания на
коррозию).
Поэтому в данном разделе изложены вопросы, касающиеся методов осаждения,
условий ЭЛО и исследования пленочно-порошковых покрытий, сформированных на
подложке из нержавеющей стали.
2.1 Методика формирования покрытий комбинированным способом
2.2.1 Плазменно-детонационное осаждение порошковых покрытий
Формирование керамического подслоя на подложке из нержавеющей стали типа AISI
321 осуществлялось плазменно-детонационным методом на установке "Импульс-5"
(рис. 2.1). Она предназначена для модификации поверхности изделий потоками
импульсной плазмы или осаждения порошковых
покрытий из твердых сплавов, металлов и керамики [8, 97].
Схема типичного импульсно-плазменного устройства представлена на рис. 2.1б.
Принцип работы установки заключается в следующем. В детонационную камеру 1 в
строго определенных пропорциях подаются пропан, бутан, кислород, азот и воздух.
В результате взрыва газовой смеси происходит генерация ПП, который подается в
охлаждаемую водой реакционную камеру (РК) 4 и замыкает R-L-C контур источника
питания (ИП) 5. Разряд конденсаторной батареи сопровождается протеканием в слое
продуктов сгорания электрического тока вслед за детонационной волной (ДВ).
Возникает дополнительный приток энергии к газу. Отметим также, что процесс
плазменно-детонационного осаждения сопровождается легированием ПП парокапельной
фазой металлического стержня 6, закрепленного на оси центрального электрода 2.
Через специальное отверстие 7 в РК транспортирующим газом подается порошок
напыляемого материала. В стволе 8 происходит его интенсивный разогрев и разгон
ПП в направлении к поверхности изделия 10. В момент попадания
порошково-плазменного потока 9 на поверхность подложки (П) замыкается
электрическая цепь П-ИП-эродируемый электрод. В результате прохождения в
плазменно-порошковой струе электрического тока образуются силы, которые
стягивают плазму к оси реакционной камеры, тем самым увеличивая плотность ПП до
109 – 1011 Вт/м2. В разгон продуктов детонации включаются силы
электромагнитного ускорения. Имея определенный предел проводимости, ПП
нагревается за счет выделения теплоты по закону Джоуля-Ленца (Q=sЕ2, Вт/м3, где
Е – напряженность электрического поля, s - проводимость плазмы). Интенсивный
рост температуры потока способствует дальнейшему повышению его
электропроводности. Попадание на подложку высокоэнергетической плазменной струи
сопровождается очисткой её поверхности от различных загрязнений и оксидных
пленок. При прохождении электрического тока через ударно сжатый слой
наблюдается множес
- Київ+380960830922