Termal Sprey Aşınma Dirençli Kaplama Teknolojisinin Araştırma Durumu

1. Metal Kaplamaların Güncel Araştırma Durumu

Termal sprey metal kaplamaları, en erken incelenen ve uygulanan aşınma direnci kaplamaları arasındadır. Yaygın olarak kullanılan malzemeler arasında metaller (Mo, Ni), karbon çeliği, düşük alaşımlı çelik, paslanmaz çelik ve Ni-Cr alaşım serisi kaplamalar bulunmaktadır. Alev spreyleme, ark spreyleme, plazma spreyleme, HVOF (Yüksek Hızda Oksijen Yakıtı) ve detone spreyleme gibi teknikler genellikle kullanılmaktadır. Bu kaplamalar, alt tabaka ile yüksek bağlanma gücüne sahip olup, mükemmel aşınma ve korozyon direnci sergileyerek, aşınmış parçaların onarımı ve büyük boyutlu bileşenlerin işlenmesi için uygun hale gelmektedir.

Alüminyum bazlı alaşımlar ile piston halkaları, senkronizatör halkaları ve silindirleri kaplamak için plazma püskürtme teknolojisi kullanıldığında, kaplamalar iyi aşınma direnci, yüksek bağlanma gücü ve mükemmel yapışmaz aşınma özellikleri gösterir. Yağlama koşulları altında, ayrıca iyi bir yapışma önleyici ve aşınma önleyici performans sergilerler. Yüksek karbonlu çelik teller ve paslanmaz çelik (Cr13 tipi, 18-8 tipi vb.) alaşım teller genellikle aşınma ve korozyon direnci için püskürtme malzemesi olarak kullanılır. Bu malzemeler yüksek dayanım, iyi aşınma direnci, geniş bulunabilirlik ve düşük maliyet ile karakterizedir. NiCr kaplamaları iyi ısı direnci, korozyon direnci ve erozyon aşınma direnci sunarak, enerji santrali kazanlarındaki süper ısıtıcı ve yeniden ısıtıcı borular için koruyucu kaplamalar olarak uygun hale getirir. Alev ve plazma püskürtme yöntemleri, farklı mikro yapılarla NiCr metal aşınma direnci kaplamaları hazırlamak için kullanılabilir, ancak bu kaplamalar genellikle daha yüksek gözeneklilik ve oksit içeriğine sahip olma eğilimindedir.

2. Seramik Kaplamaların Mevcut Araştırma Durumu

Termal püskürtme seramik tozları, metalik ve metalik olmayan elementlerden oluşan kristal veya amorf bileşikler olan oksitler, karbürler, borürler, nitritler ve silisitleri içerir. Seramik kaplamalar, yüksek erime noktaları, yüksek sertlikleri ve mükemmel aşınma direnci, korozyon direnci ve yüksek sıcaklık stabilitesi ile bilinir. Ancak, seramik kaplamaların püskürtme süreci karmaşık ve maliyetlidir ve kaplamalar yüzey çatlaklarına eğilimlidir ve metal kaplamalara kıyasla daha düşük termal yorgunluk direncine sahiptir. Ayrıca, seramik kaplamalar zayıf tokluk gösterir ve önemli darbe yükleri içeren uygulamalar için uygun değildir. Yaygın olarak kullanılan seramik kaplamalar arasında Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 ve TiB2 bulunur ve genellikle plazma püskürtme, alev püskürtme, HVOF ve patlama püskürtme teknikleri kullanılarak hazırlanır.

Ren Jingri ve arkadaşları, plazma püskürtme yöntemiyle uygulanan Al2O3-40%TiO2 ve Cr2O3 seramik toz kaplamalarının kayma sürtünmesi ve aşınma özelliklerini inceledi. Cr2O3 kaplamalarının, Al2O3-40%TiO2 kaplamalarına göre daha yüksek aşınma direncine sahip olduğunu buldular. Cr2O3 kaplamalarının aşınma mekanizması esasen aşındırıcı aşınmadır ve daha yüksek yükler altında kırılgan kırılma özellikleri gösterir. Buna karşılık, Al2O3-40%TiO2 kaplamalarının aşınma mekanizması esas olarak plastik deformasyon ve tabakalanmadır. Chen Chuanzhong ve arkadaşları, Al2O3-TiO2-NiCrAlY kompozit seramik kaplamalarını inceledi ve TiO2 ile Al2O3'ün erimesinin belirli bir karşılıklı çözünürlük derecesi oluşturduğunu, kaplamanın gözenekliliğini azalttığını ve bunun sonucunda dayanıklılığını, tokluğunu ve aşınma direncini daha da artırdığını belirtti.

Diğer çalışmalar, plazma püskürtme çok katmanlı metal ve seramik kaplamaların kayma sürtünmesi ve aşınma özelliklerini araştırmıştır. Püskürtme sırası, önce alt tabakaya bir NiCr bağ katmanı uygulamayı, ardından farklı oranlarda NiCr-Cr2O3 geçiş katmanları eklemeyi ve nihayetinde %100 Cr2O3 yüzey katmanını içermektedir. Geçiş katmanındaki metal ile seramik arasındaki uygun bir oranın, kaplamanın aşınma direncini artırabileceği bulunmuştur. Ana aşınma mekanizmaları arasında kırılgan çatlama, aşındırıcı aşınma, yapışma ve oksidatif aşınma yer almaktadır.

metal-Seramik Kaplamaların Mevcut Araştırma Durumu

Metaller ve seramikler, her biri benzersiz avantajlara ve belirgin performans zayıflıklarına sahiptir. Her iki malzemenin avantajlı özelliklerini birleştirmek, malzeme bilimi ve mühendisliğinde uzun süredir devam eden bir araştırma yönüdür. Metal-seramik kompozit kaplama teknolojisi, uygun şekil ve boyuttaki seramik parçacıklarını plastik bir matris içinde uniform bir şekilde dağıtmayı içerir ve metallerin dayanıklılığı ve sertliğini, seramiklerin yüksek sıcaklık direnci, aşınma direnci ve korozyon direnci ile başarıyla birleştirir. Bu, hem metal hem de seramik malzemelerin uygulama alanını önemli ölçüde genişletir ve havacılık, kimya, makine ve enerji endüstrilerinde başarılı uygulamalara sahiptir. Endüstride en yaygın kullanılan metal-seramik kaplamalar Cr3C2-NiCr ve WC-Co'dur ve genellikle HVOF, plazma ve patlama püskürtme teknikleri kullanılarak hazırlanır.

Cr3C2-NiCr metal-seramik kaplamaları, refrakter krom karbür sert fazı ve sünek nikel-krom alaşım fazından oluşur.

WC bazlı metal-seramik kaplamalar genellikle 450°C'nin altındaki aşındırıcı ve erozyon aşınma koşullarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Xu Xiangyang ve arkadaşları, plazma püskürtme yöntemiyle üretilen WC/18Co kaplamalarının fretting aşınma mekanizmasını incelemiştir. Sonuçlar, fretting aşınmasının başlangıç aşamasının yapışkan aşınma ile hakim olduğunu, kaplamanın yüksek sertliği ve güçlü yapışma önleyici özelliklerinin minimal aşınmaya neden olduğunu göstermiştir. Stabil aşamada, yorgunluk delaminasyonu ve kırılgan çatlama soyulması ana aşınma mekanizmaları haline gelirken, kaplamanın kırılganlığı ve düşük parçacıklar arası bağlanma gücü aşınmayı artırmaktadır. Kaplama içindeki oksit inklüzyonları, yetersiz fretting aşınma direncinin birincil nedenidir.

4. Amorf Kaplamaların Mevcut Araştırma Durumu

Amorf malzemeler, uzun menzilli düzensizlik ve kısa menzilli düzen ile karakterize edilir.

Xiang Xinghua ve diğerleri, Fe bazlı amorf alaşım kaplamaları (Si, B, Cr, Ni vb. içeren) hazırlamak için plazma püskürtme yöntemini kullandılar. Kaplamalar, uniform mikro yapı, yüksek yoğunluk, düşük gözeneklilik, minimal oksit içeriği ve yüksek sertlik sergiledi; mikro sertlik 530 ile 790 HV0.1 arasında değişiyordu. Kaplamalar ayrıca alt tabaka ile iyi bir bağlanma gösterdi.

Diğer çalışmalar, patlama püskürtme yöntemiyle üretilen Fe-Cr-B alaşım kaplamalarının mikro yapısını ve aşınma direncini araştırmıştır. Sonuçlar, kaplamaların mükemmel aşınma ve korozyon direncine sahip olduğunu göstermiştir. Kayma aşınması sırasında, dinamik olarak üretilen amorf yüzey filmi, aşınma direncini önemli ölçüde artırmış ve sürtünme katsayısını azaltmıştır.

Özetle, HVOF, plazma püskürtme, ark püskürtme ve patlama püskürtmesi kullanarak metal, seramik, metal-seramik ve amorf aşınma direnci kaplamalarının uygulanması, alt tabaka malzemelerinin aşınma direncini etkili bir şekilde artırabilir.