Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Плазменное напыление является одним из современных и эффективных методов нанесения покрытий различного назначения и состава. С помощью потоков термической плазмы можно напылять практически любые порошковые материалы (металлические, керамические, металлокерамические). Плазменное напыление многослойных защитных покрытий может быть успешно применено для повышения стойкости прошивных оправок, являющихся основным инструментом при производстве полых заготовок. Целью данной работы являлось изучение химического состава, структуры и микротвердости многослойных высокотемпературных покрытий двух разных составов, нанесенных методом плазменного напыления, предполагаемых к использованию для повышения долговечности прошивных оправок. Материалы и методы исследования. Нанесение многослойных покрытий двух составов осуществляли на установке плазменно-порошкового напыления с контактным возбуждением дугового разряда УПН-60КМ ТСП2017. Покрытия были получены последовательным наплавлением трех слоев разными порошковыми составами. После напыления всех трех слоев покрытия проводили окислительный отжиг при температуре 900 °С для создания плотного слоя окалины FeO + Fe2O3 + Fe3O4 на поверхности. Химический состав покрытий исследовали методом микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе TESCAN с приставкой OXFORD. Микроструктуру покрытий исследовали на металлографическом микроскопе NEOPHOT. Фазовый рентгеноструктурный анализ выполняли на дифрактометре SHIMADZU в Kα-излучении хрома. Микротвердость измеряли на твердомере LEICA при нагрузке 50 г. Результаты и обсуждение. Установлен характер распределения химических элементов по толщине покрытия, состоящего из четырех слоев: внутреннего металлического слоя, обеспечивающего защиту от высокотемпературной коррозии; переходного металлического слоя, предназначенного для выравнивания теплофизических свойств между слоями; металлооксидного слоя α-Fe и оксидов железа и внешнего термобарьерного оксидного слоя FeO + Fe2O3 + Fe3O4. Покрытия характеризуются неоднородным распределением структурных составляющих и микротвердости по его толщине. Микротвердость внутреннего слоя достигает 1400 HV 0,05, переходного слоя – 800 HV 0,05, металлооксидного слоя – 300 HV 0,05.

Об авторах

Н. Б. Пугачева

Email: nat@imach.uran.ru
доктор техн. наук, доцент, Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия, nat@imach.uran.ru

Ю. В. Николин

Email: sf.ekb@mail.ru
Общество с ограниченной ответственностью «Солид Флэйм», пр. Ленина, 54, корп. 5, г. Екатеринбург, 620075, Россия, sf.ekb@mail.ru

Т. М. Быкова

Email: tatiana_8801@mail.ru
канд. техн. наук, Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия, tatiana_8801@mail.ru

Л. С. Горулева

Email: sherlarisa@yandex.ru
Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия, sherlarisa@yandex.ru

Список литературы

  1. Газотермическое напыление: учебное пособие / Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин, Г.И. Ганноченко, А.Е. Затока, Б.М. Захаров, А.В. Иванов, В.М. Иванов, В.И. Калита, В.В. Кудинов, А.Ф. Пузряков, Ю.П. Сборщиков, Б.Г. Хамицев, Э.Я. Школьников, В.М. Ярославцев; под общ. ред. Л.Х. Балдаева. – М.: Маркет ДС, 2007. – 344 с. – ISBN 978-5-7958-0146-92.
  2. Development of ion-plasma refractory metallic layers of heat-insulating coatings for cooled turbine rotor blades / S.А. Budinovsky, S.A. Muboyadzhyan, A.M. Gayamov, P.V. Matveev // Metal Science and Heat Treatment. – 2014. – Vol. 55. – P. 652–657. – doi: 10.1007/s11041-014-9684-2.
  3. Tarasenko Yu.P., Tsareva N.N., Berdnik O.B. The structure and physical-mechanical properties of the heat-resistant Ni-Co-Cr-Al-Y intermetallic coating obtained using rebuilt plasma equipment // Thermophysics and Aeromechanics. – 2014 – Vol. 1, N 5. – P. 641–650. – doi: 10.1134/S0869864314050138.
  4. Influence of modifying nanoadditives on the properties of a multilayer composite coating obtained by laser surfacing / A.N. Cherepanov, A.M. Orishich, A.G. Malikov, V.O. Drozdov, V.E. Ovcharenko, A.P. Pshenichnikov // The Physics of Metals and Metallography. – 2019. – Vol. 120, iss. 1. – P. 101–106. – doi: 10.1134/S0031918X190100225.
  5. Automatic remelting and enhanced mechanical performance of a plasma sprayed NiCrBSi coating / L. Chen, H. Wang, C. Zhao, S. Lu, Z. Wang, J. Sha, S. Chen, L. Zhang // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 369. – P. 31–43. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.052.
  6. Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. – Екатеринбург: УрО РАН, 2004. – 244 с. – ISBN 5-7691-1405-3.
  7. Shevchenko O.I., Trekin G.E., Farber V.M. Distribution of chemical elements in structural components of a facing of a self-fluxing nickel alloy // Metal Science and Heat Treatment. – 1997. – Vol. 39, iss. 6. – P. 233–235. – doi: 10.1007/bf02467225.
  8. Otsubo F., Era H., Kishitake K. Structure and phases in nickel-base self-fluxing alloy coating containing high chromium and boron // Journal of Thermal Spray Technology. – 2000. – Vol. 9, iss. 1. – P. 107–113. – doi: 10.1361/105996300770350131.
  9. Du H., Lee S.W., Shin J.H. Study on porosity of plasma-sprayed coatings by digital image analysis method // Journal of Thermal Spray Technology. – 2005. – Vol. 14, iss. 4. – P. 452–461. – doi: 10.1361/105996305X76450.
  10. Porosity and its significance in plasma-sprayed coatings / J.G. Odhiambo, W. Li, Y. Zhao, C. Li // Coatings. – 2019. – Vol. 9 (7). – P. 460–479. – doi: 10.3390/coatings9070460.
  11. Zhou C.G. Yu Q.H. Nanostructured thermal barrier coatings // Thermal Barrier Coatings. – Cambrige, UK: Woodhead Publishing, 2011. – P. 75–96.
  12. Влияние температуры оплавления на структуру и свойства самофлюсующихся покрытий на основе никеля / Е.Е. Корниенко, А.А. Никулина, А.Г. Баннов, В.И. Кузьмин, М. Мильдебрах, В.А. Безрукова, А.А. Жойдик // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 4 (73). – С. 52–62. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-4-52-62.
  13. Matthews S., Schweizer M. Optimization of arc-sprayed Ni-Cr-Ti coatings for high temperature corrosion applications // Journal of Thermal Spray Technology. – 2013. – Vol. 22, iss. 4. – P. 538–550. – doi: 10.1007/s11666-013-9914-y.
  14. Гузанов Б.Н., Пугачева Н.Б., Быкова Т.М. Эрозионная стойкость комбинированного многослойного покрытия для защиты ответственных деталей современных газово-турбинных двигателей // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2021. – № 2. – С. 6–21. – doi: 10.17804/2410-9908.2021.2.006-021.
  15. Sivakumar R., Mordike B.L. High temperature coatings for gas turbine blades: a review // Surface and Coatings Technology. – 1989. – Vol. 37, iss. 2. – P. 139–160. – doi: 10.1016/0257-8972(89)90099-6.
  16. Пугачева Н.Б. Современные тенденции развития жаростойких покрытий на основе алюминидов железа, никеля и кобальта // Diagnostics, resource and mechanics of materials and structures. – 2015. – № 3. – С. 51–82. – doi: 10.17804/2410-9908.2015.3.051-082.
  17. Мубояджян С.А., Лесников В.П., Кузнецов В.П. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД. – Екатеринбург: Квист, 2008. – 208 с. – ISBN 5-900474-60-7.
  18. Гузанов Б.Н., Обабков Н.В., Мигачева Г.Н. Разработка и исследование многослойных комбинированных покрытий высокотемпературного назначения // Sciences of Europe. – 2017. – № 16-1 (16). – Р. 83–88.
  19. Microstructural design of hardfacing Ni-Cr-B-Si-C alloys / I. Hemmati, V. Ocelík, J.T.M. De Hosson, R.M. Huizenga // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61, iss. 16. – P. 6061–6070. – doi: 10.1016/j.actamat.2013.06.048.
  20. Formation of a Cr3C2/Ni-Cr alloy layer by an electron beam cladding method and evaluation of the layer properties / J. Morimoto, N. Abe, F. Kuriyama, M. Tomie // Vacuum. – 2001. – Vol. 62, iss. 2–3. – P. 203–210. – doi: 10.1016/S0042-207X(00)00439-5.
  21. Structure, phase composition, and wear mechanisms of plasma-sprayed Nicrsib–20 wt.% TiB2 coating / A.P. Umanskii, A.E. Terentiev, A.M. Kovalchenko, M.S. Storozhenko, I.V. Hussainova, M.M. Antonov // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 2015. – Vol. 53, iss. 11–12. – P. 663–671. – doi: 10.1007/s11106-015-9661-3.
  22. Iida S., Hidaka Y. Influence of iron oxide of carbon steel on lubricating properties in seamless pipe hot rolling and the effectiveness of borax application // Tetsu-to-Hagane / Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. – 2010. – Vol. 96, iss. 9. – Р. 550–556. – doi: 10.2355/tetsutohagane.96.550.
  23. Герасимов Ю.Л., Авдеев С.В., Бобарикин Ю.Л. Исследование влияния особенностей оксидированного покрытия прошивных оправок на их эксплуатационную стойкость // Черные металлы. – 2017. – № 7. – С. 46–49.
  24. Вавилкин Н.М., Бухмиров В.В. Прошивная оправка. – М.: МИСиС, 2000. – 128 с. – ISBN 5-87623-052-9.
  25. Oxidation behavior and mechanism of porous nickel-based alloy between 850 and 1000 °C / Y. Wang, Y. Liu, H. Tang, W. Li, C. Han // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2017. – Vol. 27, iss. 7. – P. 1558–1568. – doi: 10.1016/S1003-6326(17)60177-8.
  26. Темлянцев М.В., Осколкова Т.Н. Трещинообразование в процессах нагрева и охлаждения сталей и сплавов. – М.: Флинта: Наука, 2005. – 195 с. – ISBN 5-89349-913-1.
  27. Сазоненко И.О., Земцов В.А., Юрчак А.Н. К вопросу повышения стойкости оправок прошивных станов // Литье и металлургия. – 2012. – № 4. – С. 135–138.
  28. Толмачев В.С., Степанов А.И., Губин Ю.Г. Освоение прошивки гильз на стане конструкции ЭЗТМ // Сталь. – 2009. – № 7. – С. 56–58.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».