Κατάσταση Έρευνας της Τεχνολογίας Επικάλυψης Ανθεκτικών στη Φθορά Θερμικών Ψεκασμών

1. Τρέχουσα Κατάσταση Έρευνας των Μεταλλικών Επικαλύψεων

Οι μεταλλικές επενδύσεις θερμικής ψεκασμού είναι από τις πρώτες που μελετήθηκαν και εφαρμόστηκαν ως ανθεκτικές σε φθορά επενδύσεις. Τα κοινά υλικά που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν μέταλλα (Mo, Ni), ανθρακούχο χάλυβα, χάλυβα χαμηλής κράματος, ανοξείδωτο χάλυβα και επενδύσεις σειράς Ni-Cr. Τεχνικές όπως ο ψεκασμός με φλόγα, ο ψεκασμός με τόξο, ο ψεκασμός πλάσματος, ο HVOF (Ψεκασμός Υψηλής Ταχύτητας Οξυγόνου Καυσίμου) και ο ψεκασμός με εκρηκτικά χρησιμοποιούνται γενικά. Αυτές οι επενδύσεις παρουσιάζουν υψηλή αντοχή συγκόλλησης με το υπόστρωμα, καθώς και εξαιρετική αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση, καθιστώντας τις κατάλληλες για την επισκευή φθαρμένων εξαρτημάτων και την κατεργασία υπερμεγέθων στοιχείων.

Όταν χρησιμοποιείται τεχνολογία ψεκασμού πλάσματος με κράματα βάσης αλουμινίου για την επικάλυψη δακτυλίων εμβόλων, δακτυλίων συγχρονισμού και κυλίνδρων, οι επικαλύψεις επιδεικνύουν καλή αντοχή στη φθορά, υψηλή αντοχή συγκόλλησης και εξαιρετικές ιδιότητες κατά της κολλώδους φθοράς. Υπό λιπαντικές συνθήκες, επιδεικνύουν επίσης καλή απόδοση κατά της σύλληψης και της φθοράς.

2. Τρέχουσα Κατάσταση Έρευνας για τις Κεραμικές Επικαλύψεις

Οι κεραμικές σκόνες θερμής ψεκασμού περιλαμβάνουν οξείδια, καρβίδια, βόρδια, νιτρίδια και σιλίδια, τα οποία είναι κρυσταλλικές ή αμόρφωτες ενώσεις που αποτελούνται από μεταλλικά και μη μεταλλικά στοιχεία. Οι κεραμικές επικαλύψεις είναι γνωστές για τους υψηλούς σημείους τήξης τους, την υψηλή σκληρότητά τους και την εξαιρετική αντοχή στη φθορά, την αντοχή στη διάβρωση και τη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, η διαδικασία ψεκασμού κεραμικών επικαλύψεων είναι περίπλοκη και δαπανηρή, και οι επικαλύψεις είναι επιρρεπείς σε επιφανειακές ρωγμές και έχουν κατώτερη αντοχή στη θερμική κόπωση σε σύγκριση με τις μεταλλικές επικαλύψεις. Επιπλέον, οι κεραμικές επικαλύψεις έχουν κακή αντοχή και δεν είναι κατάλληλες για εφαρμογές που περιλαμβάνουν σημαντικά φορτία κρούσης. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες κεραμικές επικαλύψεις περιλαμβάνουν Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 και TiB2, οι οποίες παρασκευάζονται συνήθως χρησιμοποιώντας τεχνικές ψεκασμού πλάσματος, ψεκασμού φλόγας, HVOF και τεχνικές ψεκασμού εκρηκτικών.

Ο Ren Jingri και οι συνεργάτες του μελέτησαν τις χαρακτηριστικές ολισθηρής τριβής και φθοράς των επενδύσεων κεραμικών σκόνης Al2O3-40%TiO2 και Cr2O3 που έχουν ψεκαστεί με πλάσμα. Διαπίστωσαν ότι οι επενδύσεις Cr2O3 παρουσιάζουν υψηλότερη αντοχή στη φθορά από τις επενδύσεις Al2O3-40%TiO2. Ο μηχανισμός φθοράς των επενδύσεων Cr2O3 είναι κυρίως αβραβική φθορά, με χαρακτηριστικά εύθραυστης θραύσης υπό υψηλότερα φορτία. Αντίθετα, ο μηχανισμός φθοράς των επενδύσεων Al2O3-40%TiO2 είναι κυρίως πλαστική παραμόρφωση και αποκόλληση. Ο Chen Chuanzhong και οι συνεργάτες του μελέτησαν τις σύνθετες κεραμικές επενδύσεις Al2O3-TiO2-NiCrAlY, σημειώνοντας ότι η τήξη του TiO2 και του Al2O3 σχηματίζει έναν ορισμένο βαθμό αμοιβαίας διαλυτότητας, μειώνοντας την πορώδη δομή της επένδυσης και ενισχύοντας περαιτέρω τη δύναμή της, την ανθεκτικότητα και την αντοχή στη φθορά.

Άλλες μελέτες έχουν εξετάσει τις χαρακτηριστικές ολισθηρής τριβής και φθοράς των πολυεπίπεδων μεταλλικών και κεραμικών επιστρώσεων που έχουν ψεκαστεί με πλάσμα. Η ακολουθία ψεκασμού περιλαμβάνει πρώτα την εφαρμογή ενός στρώματος σύνδεσης NiCr στο υπόστρωμα, ακολουθούμενη από μεταβατικά στρώματα με ποικίλες αναλογίες NiCr-Cr2O3, και τελικά ένα επιφανειακό στρώμα 100% Cr2O3. Διαπιστώθηκε ότι μια κατάλληλη αναλογία μετάλλου προς κεραμικό στο μεταβατικό στρώμα μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη φθορά της επικάλυψης. Οι κύριοι μηχανισμοί φθοράς περιλαμβάνουν τη βραχυχρόνια θραύση, τη φθορά από τριβή, την προσκόλληση και τη οξειδωτική φθορά.

3. Τρέχουσα Κατάσταση Έρευνας για Μεταλλικές-Κεραμικές Επικαλύψεις

Τα μέταλλα και οι κεραμικές ύλες έχουν καθένα μοναδικά πλεονεκτήματα και διακριτές αδυναμίες απόδοσης.

Οι μεταλλοκεραμικές επενδύσεις Cr3C2-NiCr αποτελούνται από μια ανακλαστική σκληρή φάση καρβιδίου χρωμίου και μια ελαστική φάση κράματος νικελίου-χρωμίου.

Οι μεταλλοκεραμικές επενδύσεις βασισμένες σε WC χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνθήκες φθοράς από τριβή και διάβρωση κάτω από 450°C. Οι Xu Xiangyang και οι συνεργάτες του μελέτησαν τον μηχανισμό φθοράς από τριβή των επενδύσεων WC/18Co που έχουν ψεκαστεί με πλάσμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το αρχικό στάδιο της φθοράς από τριβή κυριαρχείται από την κολλητική φθορά, με την υψηλή σκληρότητα της επένδυσης και τις ισχυρές αντικολλητικές ιδιότητες να οδηγούν σε ελάχιστη φθορά. Στο σταθερό στάδιο, η φθορά από κόπωση και η εύθραυστη ρωγμή γίνονται οι κύριοι μηχανισμοί φθοράς, με την εύθραυστη φύση της επένδυσης και τη χαμηλή αντοχή συγκόλλησης μεταξύ των σωματιδίων να οδηγούν σε αυξημένη φθορά. Οι οξειδωτικές ενσωματώσεις μέσα στην επένδυση είναι η κύρια αιτία της ανεπαρκούς αντοχής στη φθορά από τριβή.

4. Τρέχουσα Κατάσταση Έρευνας των Άμορφων Επενδύσεων

Τα αμόρφωτα υλικά χαρακτηρίζονται από μακροχρόνια αταξία και βραχυχρόνια τάξη.

Ο Xiang Xinghua και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ψεκασμό πλάσματος για να παρασκευάσουν επενδύσεις αμαρφωτού κράματος βάσης Fe (που περιέχουν Si, B, Cr, Ni, κ.λπ.). Οι επενδύσεις παρουσίασαν ομοιόμορφη μικροδομή, υψηλή πυκνότητα, χαμηλή πορώδη, ελάχιστη περιεκτικότητα σε οξείδια και υψηρή σκληρότητα, με μικροσκληρότητα που κυμαίνεται από 530 έως 790 HV0.1. Οι επενδύσεις έδειξαν επίσης καλή συγκόλληση με το υπόστρωμα.

Άλλες μελέτες έχουν εξετάσει τη μικροδομή και την αντοχή στη φθορά των επενδύσεων κράματος Fe-Cr-B που ψεκάστηκαν με εκρηκτική μέθοδο. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι επενδύσεις έχουν εξαιρετική αντοχή στη φθορά και στη διάβρωση. Κατά τη διάρκεια της ολίσθησης, μια δυναμικά παραγόμενη αμαρφωτή επιφάνεια σημαντικά βελτίωσε την αντοχή στη φθορά και μείωσε τον συντελεστή τριβής.

Συνοπτικά, η χρήση HVOF, ψεκασμού πλάσματος, ψεκασμού τόξου και ψεκασμού εκρήξεων για την εφαρμογή μεταλλικών, κεραμικών, μεταλλοκεραμικών και αμόρφωτων ανθεκτικών στη φθορά επιστρώσεων μπορεί να ενισχύσει αποτελεσματικά την αντοχή στη φθορά των υποστρωμάτων.