Термо бүрікпе тозуға төзімді жабын технологиясының зерттеу жағдайы

1. Металл жабындарының қазіргі зерттеу жағдайы

Термикалық бүрку металл жабындары - ең алғаш зерттелген және қолданылған тозуға төзімді жабындардың бірі. Жиі қолданылатын материалдарға металдар (Mo, Ni), көміртекті болат, төмен легирленген болат, тот баспайтын болат және Ni-Cr легирленген сериялы жабындар жатады. Әдетте, оттықпен бүрку, доғалық бүрку, плазмалық бүрку, HVOF (Жоғары жылдамдықты оттегі отыны) және детонациялық бүрку сияқты әдістер қолданылады. Бұл жабындар субстратпен жоғары байланыс күшін көрсетеді, сонымен қатар тамаша тозу және коррозияға төзімділікке ие, оларды тозған бөлшектерді жөндеуге және артық өлшемді компоненттерді өңдеуге жарамды етеді.

Плазмалық бүрку технологиясын алюминий негізіндегі қорытпалармен поршень сақиналарын, синхронизатор сақиналарын және цилиндрлерді қаптау үшін қолданған кезде, қаптамалар жақсы тозуға төзімділік, жоғары байланыс күші және тамаша жабысқақ тозуға қарсы қасиеттерді көрсетеді. Майланған жағдайларда, олар сондай-ақ жақсы жабыспау және тозуға қарсы өнімділік көрсетеді. Жоғары көміртекті болат сымдар мен тот баспайтын болат (Cr13 түрі, 18-8 түрі және т.б.) қорытпа сымдар тозуға және коррозияға төзімді бүрку материалдары ретінде кеңінен қолданылады. Бұл материалдар жоғары беріктік, жақсы тозуға төзімділік, кең қолжетімділік және төмен құнына ие. NiCr қаптамалары жақсы жылу төзімділігі, коррозияға төзімділік және эрозиялық тозуға төзімділік ұсынады, бұл оларды электр станцияларының бу қазандарының супер қыздырғыш және қайта қыздырғыш түтіктері үшін қорғаныш қаптамалар ретінде жарамды етеді. От пен плазмалық бүрку әдістері NiCr металл тозуға төзімді қаптамаларын әртүрлі микроқұрылымдармен дайындау үшін қолданылуы мүмкін, дегенмен бұл қаптамалар әдетте жоғары пороздылық пен оксид құрамына ие.

2. Керамикалық жабынының қазіргі зерттеу жағдайы

Термикалық бүрку керамикалық ұнтақтар оксидтерді, карбидтерді, боридтерді, нитридтерді және силицидтерді қамтиды, олар металл және металл емес элементтерден тұратын кристалдық немесе аморфты қосылыстар. Керамикалық жабынының жоғары балқу температуралары, жоғары қаттылығы және тамаша тозуға, коррозияға және жоғары температураға тұрақтылығы бар екендігі белгілі. Дегенмен, керамикалық жабыны бүрку процесі күрделі және қымбат, ал жабыны беткі жарықтарға бейім және металл жабынымен салыстырғанда термиялық шаршауға төзімділігі төмен. Сонымен қатар, керамикалық жабынының беріктігі нашар және елеулі соққы жүктемелерімен байланысты қолданбаларға жарамсыз. Жиі қолданылатын керамикалық жабынына Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 және TiB2 жатады, олар әдетте плазмалық бүрку, от бүрку, HVOF және детонациялық бүрку технологиялары арқылы дайындалады.

Рен Цзиньри және басқалар плазмалық бүрку арқылы алынған Al2O3-40%TiO2 және Cr2O3 керамикалық ұнтақ жабынының сырғанау үйкелісі мен тозу сипаттамаларын зерттеді. Олар Cr2O3 жабынының Al2O3-40%TiO2 жабынына қарағанда жоғары тозуға төзімділігін көрсететінін анықтады. Cr2O3 жабынының тозу механизмі негізінен абразивті тозу болып табылады, жоғары жүктемелер кезінде сынғыш жарылу сипаттамалары бар. Керісінше, Al2O3-40%TiO2 жабынының тозу механизмі негізінен пластикалық деформация және қабаттану болып табылады. Чен Чуаньчжун және басқалар Al2O3-TiO2-NiCrAlY композиттік керамикалық жабынын зерттеп, TiO2 мен Al2O3-тың балқуы белгілі бір дәрежеде өзара ерігіштік қалыптастыратынын, жабынының пороздылығын азайтып, оның беріктігін, икемділігін және тозуға төзімділігін одан әрі арттыратынын атап өтті.

Басқа зерттеулер плазмалық бүрку арқылы алынған көпқабатты металл және керамикалық жабындардың сырғанау үйкелісі мен тозу сипаттамаларын зерттеді. Бүрку тәртібі алдымен субстратқа NiCr байланыс қабатын жағуды, содан кейін NiCr-Cr2O3 әртүрлі пропорциялары бар өтпелі қабаттарды жағуды, және ақырында 100% Cr2O3 беткі қабатын жағуды қамтиды. Өтпелі қабаттағы металл мен керамиканың сәйкес қатынасы жабынның тозуға төзімділігін арттыра алатыны анықталды. Негізгі тозу механизмдеріне сынғыш жарылу, абразивті тозу, адгезия және оксидті тозу жатады.

3. Металл-керамикалық жабындардың қазіргі зерттеу жағдайы

Металдар мен керамикалардың әрқайсысының ерекше артықшылықтары мен айқын өнімділік әлсіздіктері бар. Екі материалдың пайдалы қасиеттерін біріктіру материалтану және инженерия саласындағы ұзақ мерзімді зерттеу бағыты болып табылады. Металл-керамикалық композиттік жабын технологиясы, яғни керамикалық бөлшектерді пластикалық матрица ішінде біркелкі тарату, металдардың беріктігі мен қаттылығын керамикалардың жоғары температураға төзімділігі, тозуға төзімділігі және коррозияға төзімділігімен сәтті біріктіреді. Бұл металл мен керамика материалдарының қолдану аясын едәуір кеңейтеді, аэроғарыш, химия, механика және энергетика салаларында сәтті қолданулармен. Өнеркәсіпте ең кең таралған металл-керамикалық жабындар Cr3C2-NiCr және WC-Co болып табылады, әдетте HVOF, плазма және детонациялық бүрку технологияларын пайдалана отырып дайындалады.

Cr3C2-NiCr металл-керамикалық жабындар рефракторлы хром карбидінің қатты фазасынан және созылмалы никель-хром қорытпасының фазасынан тұрады. Олар жоғары температурада қаттылық, тамаша жоғары температурада тозуға төзімділік, коррозияға төзімділік, оксидтенуге төзімділік және жоғары байланыс күшін көрсетеді. Бұл жабындар жоғары температурада (530–900°C) абразивті тозу, коррозиялық тозу және эрозиялық тозу жағдайларында жұмыс істейтін компоненттерде кеңінен қолданылады, мысалы, үздіксіз күйдіру желілеріндегі пеш роликтері, болат зауытының үздіксіз өндіріс желілеріндегі ядро роликтері және цилиндр поршень сақиналары мен лайнерлері. TiB2 негізіндегі металл-керамикалық жабындар, олардың жоғары балқу температурасы, жоғары қаттылығы, жақсы электрлік және магниттік қасиеттері, сондай-ақ жоғары коррозияға төзімділігімен, жоғары температурада тозуға төзімді қолданбалар үшін Cr3C2-ге әлеуетті балама болып табылады. Олар Al2O3, Cr3C2-NiCr және WC-Co-дан жоғары тозуға төзімділікті ұсынады.

WC негізіндегі металл-керамикалық жабындар 450°C-тан төмен абразивті және эрозиялық тозу жағдайларында кеңінен қолданылады. Сюй Сяньян және басқалар плазмалық бүрку WC/18Co жабындарының тербелмелі тозу механизмін зерттеді. Нәтижелер тербелмелі тозудың бастапқы кезеңі адгезиялық тозумен басым болатынын көрсетті, жабынның жоғары қаттылығы мен күшті адгезияға қарсы қасиеттері минималды тозуға әкеледі. Тұрақты кезеңде шаршау бөлінуі мен сынғыш жарылу тозудың негізгі механизмдеріне айналады, жабынның сынғыштығы мен төмен бөлшектер арасындағы байланыс күшінің тозуды арттыруына себеп болады. Жабын ішіндегі оксидті қосындылар жеткіліксіз тербелмелі тозуға қарсы тұрудың негізгі себебі болып табылады.

4. Аморфты жабындардың қазіргі зерттеу жағдайы

Аморфты материалдар ұзақ қашықтықтағы тәртіпсіздік және қысқа қашықтықтағы тәртіппен сипатталады.

Сян Синхуа және басқалар плазмалық бүрку әдісін пайдаланып, Fe-негізіндегі аморфты қорытпа жабындарын (Si, B, Cr, Ni және т.б. қамтитын) дайындады. Жабындар біркелкі микроқұрылым, жоғары тығыздық, төмен пороздық, минималды оксид мөлшері және жоғары қаттылық көрсетті, микроқаттылық 530-790 HV0.1 аралығында болды. Жабындар субстратпен жақсы байланыс көрсетті.

Басқа зерттеулер детонациялық бүрку әдісімен дайындалған Fe-Cr-B қорытпа жабындарының микроқұрылымы мен тозуға төзімділігін зерттеді. Нәтижелер жабындардың тамаша тозу және коррозияға төзімділігін көрсеткенін көрсетті. Сырғанау тозу кезінде динамикалық түрде пайда болған аморфты беткі пленка тозуға төзімділікті айтарлықтай жақсартып, үйкеліс коэффициентін төмендетті.

Қорытындылай келе, HVOF, плазмалық бүрку, доғалық бүрку және детонациялық бүрку әдістерін металл, керамика, металл-керамика және аморфты тозуға қарсы жабындарды қолдану үшін пайдалану субстрат материалдарының тозуға төзімділігін тиімді түрде арттыра алады. Термиялық бүрку жабындарының тозу механизмдерін терең зерттеу және жабынның микроқұрылымының тозу сипаттамаларына әсері жабын құрылымдарын жақсарту, бүрку процестерін оңтайландыру және жаңа тозуға қарсы жабындарды әзірлеу үшін теориялық негізді қамтамасыз етеді.