Výskumný stav technológie teplového nanesenia odolného proti opotrvaniu

1. Aktuálny stav výskumu kovových povlakov

Tepelné striekacie kovové povlaky patria medzi najstaršie skúmané a aplikované opotrebovateľné povlaky. Bežne používané materiály zahŕňajú kovy (Mo, Ni), uhlíkovú oceľ, nízkolegovanú oceľ, nehrdzavejúcu oceľ a vrstvy z série zliatin Ni-Cr. Všeobecne sa používajú techniky ako je rozprašovanie plameňom, oblúkovým rozprašovaním, rozprašovaním plazmou, HVOF (High-Velocity Oxygen Fuel) a detonačným rozprašovaním. Tieto povlaky vykazujú vysokú pevnosť priľnavosti na substrát, spolu s vynikajúcou odolnosťou voči opotrebovaniu a korózii, čo ich robí vhodnými na opravu opotrebovaných dielov a obrábanie veľkých komponentov.

Pri použití technológie plazmatického striekania s zliatinami na báze hliníka na potiahnutie piestových krúžkov, synchronizátorových krúžkov a valcov, potiahnutia preukazujú dobrú odolnosť voči opotrebovaniu, vysokú pevnosť priľnavosti a vynikajúce antilepivé V podnešených podmienkach majú tiež dobrý výkon proti záchvatom a proti škrabaní. Drôty z ocele s vysokým obsahom uhlíka a z nelegovanej ocele (typ Cr13, typ 18-8 atď.) sa bežne používajú ako materiály na striekanie odolné voči opotrebovaniu a korózii. Tieto materiály sa vyznačujú vysokou pevnosťou, dobrou odolnosťou voči opotrebovaniu, širokou dostupnosťou a nízkou cenou. Povlaky NiCr ponúkajú dobrú tepelnú odolnosť, odolnosť voči korózii a odolnosť voči erózii, čo ich robí vhodnými ako ochranné povlaky pre superohrievače a prehriateľové trubice v kotloch elektrární. Metódy plamenného a plazmatického striekania sa môžu použiť na prípravu kovových opotrebovateľných povlakov NiCr s rôznymi mikrostruktúrami, hoci tieto povlaky majú tendenciu mať vyššiu porozitu a obsah oxidov.

2. Vráť sa. Aktuálny stav výskumu keramických povlakov

Tepelné keramické prášky obsahujú oxidy, karbidy, boridy, nitridy a silikidy, ktoré sú kryštalické alebo amorfné zlúčeniny zložené z kovových a nemetalických prvkov. Keramické povlaky sú známe vysokým bodom tavenia, vysokou tvrdosťou a vynikajúcou odolnosťou voči opotrebovaniu, odolnosti voči korózii a vysokým teplotám. Avšak proces striekania keramických povlakov je zložitý a nákladný a povlaky sú náchylné na povrchové praskliny a majú nižšiu tepelnú odolnosť voči únave v porovnaní s kovovými povlakmi. Okrem toho keramické povlaky majú nízku odolnosť a nie sú vhodné na použitie s významnými nárazovými zaťaženiami. Bežne používané keramické povlaky zahŕňajú Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 a TiB2, ktoré sa zvyčajne pripravujú pomocou techniky plazmatického striekania, plameňového striekania, HVOF a detonačného striekania.

Ren Jingri a kol. študovali vlastnosti klzného trenia a opotrebovania keramických práškových povlakov Al2O3-40% TiO2 a Cr2O3 sprejovaných plazmou. Zistili, že povlaky Cr2O3 vykazujú vyššiu odolnosť voči opotrebovaniu ako povlaky Al2O3-40% TiO2. Mechanizmus opotrebovania krytín Cr2O3 je predovšetkým opotrebovanie oderajúcim spôsobom, s charakteristikami krehkého zlomenia pri vyšších zaťaženiach. Naopak, mechanizm opotrebovania povlakov Al2O3-40%TiO2 je predovšetkým plastová deformácia a delaminácia. Chen Chuanzhong a kol. študovali kompozitné keramické povlaky Al2O3-TiO2-NiCrAlY a poznamenali, že roztavenie TiO2 a Al2O3 vytvára určitý stupeň vzájomnej rozpustnosti, čím sa znižuje pórovitosť povlaky a ďalej sa zvyšuje jej pevnosť,

V iných štúdiách sa skúmali vlastnosti klzného trenia a opotrebovania viacvrstvových kovových a keramických povlakov rozprašovaných plazmou. Po prvé, na substrát sa nanesie vrstva NiCr väzby, potom prechodné vrstvy s rôznymi pomermi NiCr-Cr2O3 a nakoniec povrchová vrstva 100% Cr2O3. Zistilo sa, že vhodný pomer kovu a keramiky v prechodnej vrstve môže zlepšiť odolnosť voči opotrebovaniu povlakov. Hlavné mechanizmy opotrebovania zahŕňajú krehké zlomeniny, oderacie opotrebovanie, adhéziu a oxidačné opotrebovanie.

3. Vráť sa. Aktuálny stav výskumu kovových keramických povlakov

Metály a keramika majú jednotlivé výhody a slabé stránky. Kombinácia výhodných vlastností oboch materiálov je už dlhodobo zameraná na výskum v oblasti vedy o materiáloch a inžinierstva. Technológia kovokeramického kompozitného povlakovania, ktorá zahŕňa rovnomerne rozložené keramické častice vhodného tvaru a veľkosti v rámci plastovej matice, úspešne kombinuje pevnosť a odolnosť kovov s odolnosťou voči vysokým teplotám, odolnosťou voči opotrebovaniu a odolnosťou voči korózii ker To výrazne rozširuje rozsah použitia kovových a keramických materiálov s úspešnými aplikáciami v leteckom, chemickom, mechanickom a energetickom priemysle. Najpoužívanejšie kovové keramické povlaky v priemysle sú Cr3C2-NiCr a WC-Co, ktoré sa zvyčajne vyrábajú pomocou techniky HVOF, plazmy a detonačného striekania.

Kovové keramické povlaky Cr3C2-NiCr pozostávajú z ohnivzdornej tvrdej fázy karbidu chrómu a z hnojivej fázy z zliatiny niklu a chrómu. Vykazujú vysokú tvrdosť pri vysokej teplote, vynikajúcu odolnosť voči opotrebovaniu pri vysokej teplote, odolnosť voči korózii, odolnosť voči oxidácii a vysokú pevnosť pri väzbe. Tieto povlaky sa široko používajú v komponentách pracujúcich pri vysokých teplotách (530900°C) pri abrazivnom opotrebovaní, korozívnom opotrebovaní a eróznom opotrebovaní, ako sú pece v nepretržitých žeracích linkách, jadrové kotúče v nepretržitých Kovové keramické povlaky na báze TiB2 s vysokým tavením, vysokou tvrdosťou, dobrými elektrickými a magnetickými vlastnosťami a vysokou odolnosťou voči korózii sú potenciálnou alternatívou Cr3C2 pre aplikácie s vysokou teplotou a odolnosťou voči opotrebovaniu. Ponúkajú vyššiu odolnosť voči opotrebovaniu ako Al2O3, Cr3C2-NiCr a WC-Co.

Kovové keramické povlaky na báze WC sa bežne používajú v abrazivných a eróznych podmienkach opotrebovania pod 450 °C. Xu Xiangyang a kol. študovali mechanizmus opotrebovania opotrebovania plazmovo postriekaných povlakov WC/18Co. Výsledky ukázali, že v počiatočnej fáze opotrebovania trenia dominuje opotrebovanie lepiacim materiálom, pričom vysoká tvrdosť povlakov a silné antiadhéziové vlastnosti vedú k minimálnemu opotrebovaniu. V stabilnom štádiu sa únavová delaminácia a rozpúšťanie krhkým prasknutím stávajú hlavnými mechanizmami opotrebovania, pričom krehkosť povlakov a nízka pevnosť väzby medzi častícmi vedú k zvýšenému opotrebovaniu. Vnútorné oxidy sú hlavnou príčinou nedostatočnej odolnosti proti opotrebovaniu.

4. Vráť sa. Aktuálny stav výskumu amorfných povlakov

Amorfné materiály sa vyznačujú dlhodobo rozvrátenými a krátkodobo usporiadanými. Často vykazujú vynikajúce fyzikálne a chemické vlastnosti v porovnaní so svojimi kryštalickými protistranami, vrátane vysokej pevnosti, tvrdosti, tvrdosti, odolnosti voči korózii a mäkkých magnetických vlastností, čo z nich robí sľubnú novú triedu kovových materiálov. Tepelné striekacie amorfné vrstvy zliatin sa nedávno stali novou oblasťou výskumu v oblasti vedy o materiáloch. Techniky tepelného striekania ako jedna z metód prípravy amorfných povlakov s veľkou plochou začali priťahujú širokú pozornosť. Medzi bežné metódy patrí rozprašovanie plazmy, HVOF a detonačné rozprašovanie.

Xiang Xinghua a kol. použili plazmatické striekanie na prípravu amorfných vrstvových vrstv na báze Fe (obsahujúcich Si, B, Cr, Ni atď.). Povlaky vykazovali jednotnú mikrostruktúru, vysokú hustotu, nízku pórovitosť, minimálny obsah oxidov a vysokú tvrdosť s mikrohrdosťou v rozmedzí od 530 do 790 HV0,1. Povlaky tiež vykazovali dobré viazanie na substrát.

V iných štúdiách sa skúmala mikrostruktúra a odolnosť voči opotrebovaniu detonácie Fe-Cr-B zliatinových náterov. Výsledky ukázali, že povlaky majú vynikajúcu odolnosť voči opotrebovaniu a korózii. Počas klzného opotrebovania dynamicky vytvorený amorfný povrchový film významne zlepšil odolnosť voči opotrebovaniu a znížil koeficient trenia.

V skratke, použitie HVOF, plazmatického striekania, oblúkového striekania a detonačného striekania na použitie kovových, keramických, kov-keramických a amorfných odolných voči opotrebovaniu povlakov môže účinne zvýšiť odolnosť materiálov podkladu voči opotrebovaniu. Hĺbkový výskum mechanizmov opotrebovania tepelných striekacích náterov a vplyvu mikrostruktúry povlakov na vlastnosti opotrebovania poskytuje teoretický základ pre zlepšenie štruktúr povlakov, optimalizáciu striekacích procesov a vývoj nových opotrebovateľných povlakov.