Status Penyelidikan Teknologi Salutan Tahan Haus Semburan Terma

1. Status Penyelidikan Semasa Salutan Logam

Salutan logam semburan terma adalah antara salutan tahan haus yang paling awal dikaji dan digunakan. Bahan yang biasa digunakan termasuk logam (Mo, Ni), keluli karbon, keluli aloi rendah, keluli tahan karat, dan salutan siri aloi Ni-Cr. Teknik seperti penyemburan nyala, penyemburan arka, penyemburan plasma, HVOF (High-Velocity Oxygen Fuel), dan penyemburan detonasi biasanya digunakan. Salutan ini menunjukkan kekuatan ikatan yang tinggi dengan substrat, bersama dengan ketahanan haus dan kakisan yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk membaiki bahagian yang haus dan memproses komponen yang terlalu besar.

Apabila menggunakan teknologi penyemburan plasma dengan aloi berasaskan aluminium untuk melapisi cincin piston, cincin penyelaras, dan silinder, lapisan tersebut menunjukkan ketahanan haus yang baik, kekuatan ikatan yang tinggi, dan sifat tahan haus anti-lekat yang cemerlang. Dalam keadaan pelinciran, mereka juga menunjukkan prestasi anti-seizure dan anti-scuffing yang baik. Wayar keluli karbon tinggi dan wayar aloi keluli tahan karat (jenis Cr13, jenis 18-8, dan lain-lain) biasanya digunakan sebagai bahan penyemburan yang tahan haus dan kakisan. Bahan-bahan ini dicirikan oleh kekuatan tinggi, ketahanan haus yang baik, ketersediaan yang luas, dan kos yang rendah. Lapisan NiCr menawarkan ketahanan haba yang baik, ketahanan kakisan, dan ketahanan haus hakisan, menjadikannya sesuai sebagai lapisan pelindung untuk tiub pemanas super dan pemanas semula dalam dandang loji kuasa. Kaedah penyemburan api dan plasma boleh digunakan untuk menyediakan lapisan tahan haus logam NiCr dengan mikrostruktur yang berbeza, walaupun lapisan ini cenderung mempunyai porositi dan kandungan oksida yang lebih tinggi.

2. Status Penyelidikan Semasa Salutan Seramik

Serbuk seramik semburan termal termasuk oksida, karbida, borida, nitrida, dan silisida, yang merupakan sebatian kristal atau amorf yang terdiri daripada elemen logam dan bukan logam. Salutan seramik dikenali kerana titik lebur yang tinggi, kekerasan yang tinggi, dan ketahanan haus yang sangat baik, ketahanan terhadap kakisan, dan kestabilan suhu tinggi. Walau bagaimanapun, proses penyemburan salutan seramik adalah kompleks dan mahal, dan salutan ini cenderung mengalami retakan permukaan dan mempunyai ketahanan keletihan terma yang lebih rendah berbanding dengan salutan logam. Selain itu, salutan seramik mempunyai ketangguhan yang lemah dan tidak sesuai untuk aplikasi yang melibatkan beban impak yang signifikan. Salutan seramik yang biasa digunakan termasuk Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2, dan TiB2, yang biasanya disediakan menggunakan teknik penyemburan plasma, penyemburan api, HVOF, dan teknik penyemburan detonasi.

Ren Jingri et al. mengkaji geseran gelincir dan ciri-ciri haus serbuk seramik Al2O3-40%TiO2 dan Cr2O3 yang disembur plasma. Mereka mendapati bahawa salutan Cr2O3 menunjukkan rintangan haus yang lebih tinggi berbanding salutan Al2O3-40%TiO2. Mekanisme haus salutan Cr2O3 adalah terutamanya haus abrasi, dengan ciri-ciri pecahan rapuh di bawah beban yang lebih tinggi. Sebaliknya, mekanisme haus salutan Al2O3-40%TiO2 adalah terutamanya deformasi plastik dan pengelupasan. Chen Chuanzhong et al. mengkaji salutan seramik komposit Al2O3-TiO2-NiCrAlY, dengan menyatakan bahawa pencairan TiO2 dan Al2O3 membentuk tahap kelarutan bersama yang tertentu, mengurangkan porositi salutan dan seterusnya meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan rintangan hausnya.

Kajian lain telah menyiasat geseran gelincir dan ciri-ciri haus lapisan logam dan seramik berbilang lapisan yang disembur plasma. Urutan penyemburan melibatkan pertama sekali memohon lapisan ikatan NiCr pada substrat, diikuti dengan lapisan peralihan dengan proporsi NiCr-Cr2O3 yang berbeza, dan akhirnya lapisan permukaan 100% Cr2O3. Didapati bahawa nisbah yang sesuai antara logam dan seramik dalam lapisan peralihan boleh meningkatkan rintangan haus lapisan tersebut. Mekanisme haus utama termasuk pecahan rapuh, haus pengasah, lekatan, dan haus pengoksidaan.

3. Status Penyelidikan Semasa Lapisan Logam-Seramik

Logam dan seramik masing-masing mempunyai kelebihan unik dan kelemahan prestasi yang jelas. Menggabungkan sifat-sifat menguntungkan kedua-dua bahan telah menjadi arah penyelidikan yang telah lama wujud dalam sains dan kejuruteraan bahan. Teknologi salutan komposit logam-seramik, yang melibatkan pengedaran serbuk seramik dengan bentuk dan saiz yang sesuai dalam matriks plastik, berjaya menggabungkan kekuatan dan ketahanan logam dengan rintangan suhu tinggi, rintangan haus, dan rintangan kakisan seramik. Ini secara signifikan memperluas julat aplikasi kedua-dua bahan logam dan seramik, dengan aplikasi yang berjaya dalam industri aeroangkasa, kimia, mekanikal, dan tenaga. Salutan logam-seramik yang paling banyak digunakan dalam industri adalah Cr3C2-NiCr dan WC-Co, biasanya disediakan menggunakan teknik penyemburan HVOF, plasma, dan detonasi.

Salutan logam-seramik Cr3C2-NiCr terdiri daripada fasa keras karbida kromium refraktori dan fasa aloi nikel-kromium yang boleh diregang. Mereka menunjukkan kekerasan suhu tinggi yang tinggi, rintangan haus suhu tinggi yang cemerlang, rintangan kakisan, rintangan pengoksidaan, dan kekuatan ikatan yang tinggi. Salutan ini digunakan secara meluas dalam komponen yang beroperasi di bawah keadaan haus kasar suhu tinggi (530–900°C), haus korosif, dan haus erosi, seperti gulungan relau dalam barisan penyejukan berterusan, gulungan teras dalam barisan pengeluaran berterusan kilang keluli, dan cincin piston silinder serta pelapik. Salutan logam-seramik berasaskan TiB2, dengan titik lebur yang tinggi, kekerasan yang tinggi, sifat elektrik dan magnet yang baik, serta rintangan kakisan yang tinggi, adalah alternatif berpotensi kepada Cr3C2 untuk aplikasi tahan haus suhu tinggi. Mereka menawarkan rintangan haus yang lebih tinggi berbanding Al2O3, Cr3C2-NiCr, dan WC-Co.

Salutan logam-seramik berasaskan WC biasanya digunakan dalam keadaan haus yang kasar dan erosif di bawah 450°C. Xu Xiangyang et al. mengkaji mekanisme haus fretting salutan WC/18Co yang disembur plasma. Hasil kajian menunjukkan bahawa peringkat awal haus fretting didominasi oleh haus pelekat, dengan kekerasan tinggi salutan dan sifat anti-pelekat yang kuat menghasilkan haus yang minimum. Dalam peringkat stabil, pengelupasan keletihan dan retakan rapuh menjadi mekanisme haus utama, dengan kerapuhan salutan dan kekuatan ikatan antara zarah yang rendah menyebabkan peningkatan haus. Inklusi oksida dalam salutan adalah penyebab utama ketahanan haus fretting yang tidak mencukupi.

4. Status Penyelidikan Semasa Salutan Amorfus

Bahan amorfus dicirikan oleh ketidakaturan jangka panjang dan susunan jangka pendek.

Xiang Xinghua et al. menggunakan penyemburan plasma untuk menyediakan salutan aloi amorfus berasaskan Fe (mengandungi Si, B, Cr, Ni, dan lain-lain). Salutan tersebut menunjukkan mikrostruktur yang seragam, ketumpatan tinggi, porositi rendah, kandungan oksida yang minimum, dan kekerasan yang tinggi, dengan mikrokerasannya berkisar antara 530 hingga 790 HV0.1. Salutan tersebut juga menunjukkan ikatan yang baik dengan substrat.

Kajian lain telah menyiasat mikrostruktur dan rintangan haus salutan aloi Fe-Cr-B yang disembur melalui detonasi. Keputusan menunjukkan bahawa salutan tersebut mempunyai rintangan haus dan kakisan yang sangat baik. Semasa haus gelincir, filem permukaan amorfus yang dihasilkan secara dinamik secara signifikan meningkatkan rintangan haus dan mengurangkan pekali geseran.

Secara ringkas, penggunaan HVOF, penyemburan plasma, penyemburan arka, dan penyemburan detonasi untuk memohon lapisan tahan haus logam, seramik, logam-seramik, dan amorf dapat secara efektif meningkatkan ketahanan haus bahan substrat. Penyelidikan mendalam mengenai mekanisme haus lapisan semburan termal dan pengaruh mikrostruktur lapisan terhadap ciri-ciri haus memberikan asas teori untuk memperbaiki struktur lapisan, mengoptimumkan proses penyemburan, dan membangunkan lapisan tahan haus yang baru.