Разработка технологии микроплазменного осаждения функциональных покрытий с элементами наноструктуры

• Автор: Шолкин, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. Основные направления работ в области создания композиционных порошковых материалов для осаждения и нанесения покрытий методами газотермического осаждения

1Л Осаждение покрытий

1.2 Осаждение наноструктурированных покрытий

1.3 Порошковые материалы для осаждения

1.4 Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Принципиальные схемы используемых в работе технологических процессов

2.2 Исходные материалы

2.3 Технологическое оборудование
2.3.1 Микроплазменное осаждение
2.3.2 Ударно-дезинтеграторная обработка
2.4 Диагностическое оборудование и методики исследования
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ГРАНУЛЯЦИИ ПОРОШКОВЫХ РЕАГЕНТОВ РАЗЛИЧНОГО ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ
3.1 Исследование процесса механического смешивания порошка алюминия с нанопорошком оксида алюминия
3.2 Исследование процесса распылительной сушки нанопорошка оксида алюминия
3.3 Исследование процесса грануляции нанопорошка оксида алюминия с использованием материала связки
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ СПЛАВА МАРКИ Х20Ю6ИТ МЕТОДОМ МИКРОПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ. РАЗРАБОТКА БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ
4.1 Расчет количества энергии, переносимого струей плазмы
4.2 Исследование процесса осаждения покрытия сплава Х20Ю6ИТ

4.2.1 Исследование влияния плотности потока осаждаемого материала на физико-механические свойства получаемого покрытия
4.2.2 Исследование влияния расстояния между срезом сопла плазматрона и поверхностью подложки на физико-механические свойства покрытия
4.2.3 Исследование влияния количества энергии переносимое струей плазмы на физико-механические свойства покрытий
4.2.4 Исследование возможности улучшения эксплуатационных свойств покрытия за счет дополнительной обработки
4.2.5 Исследование методов повышения адгезии покрытия
4.3 Исследование влияния свойств материала порошкового реагента на физико-механические свойства покрытий
4.3.1 Испытания химических свойств покрытия сплава Х20Ю6ИТ
4.3.2 Исследование влияния фракционного состава исходного порошка на физико-механические свойства покрытий
4.3.3 Исследование физико-механических свойств покрытий при использовании композиционных порошков для осаждения
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНОГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИИ С ЭЛЕМЕНТАМИ НАНОСТРУКТУРЫ В КАЧЕСТВЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ И КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ
5.1 Нанесение коррозионностойкого покрытия металлического хрома
5.2 Нанесение износостойкого покрытия из карбида вольфрама
5.3 Нанесение функционально-градиентных покрытий
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение
Актуальность исследования
Анализ программ ведущих промышленно развитых стран показывает, что
в настоящее время более 80% производимых изделий используется с покрытиями различного- назначения. Основной тенденцией? в создании конкурентоспособных изделий является изготовление изделия из недорогого, хорошо обрабатываемого материала и последующего нанесения на него покрытия для обеспечения требуемых поверхностных свойств.
Одним из самых эффективных и- востребованных способов- улучшения поверхностных свойств, деталей больших размеров является газотермическое осаждение. Этот вид технологий позволяет покрывать поверхность деталей любого размера- и создавать поверхностные слои, толщиной от долей микрона до нескольких миллиметров.
Наиболее распространенным в промышленности вариантом-газотермического осаждения является плазменное осаждение металлов, сплавов, оксидов, карбидов и их комбинаций. Традиционно для- его реализации используются плазмотроны мощностью ют 15 до 40 КВт с длиной струи от 7 до 10 см, а в качестве исходных материалов - порошки фракцией от 30 до 150 мкм.
Как показывают публикации последнего времени [1, 2, 3],
нанострукгурированные покрытия обладают существенно лучшим комплексом эксплуатационных свойств по сравнению с обычными покрытиями такого же состава из порошков от 20 до 100 микрон. Однако получение покрытий с наноструктурой обычным плазменным осаждением сопряжено с трудностями. Которые заключаются в деградации структуры наноструктурированного порошка в результате длительного пребывания в области высоких температур плазменной струи [4].
В этой связи актуальным представляется исследование возможности использования для получения наноструктурированных покрытий сравнительно

металлов и их сплавов, а также соединений с неметаллами (карбиды, бориды и др.) [48].
Если однокомпонентные порошки не обеспечивают получение защитных покрытий с требуемым комплексом свойств, то для этих целей используют композиционные порошки.
Композиционные порошки для осаждения и методы их получения.
Композиционные порошки состоят из двух или более различных по свойствам веществ, разделенных между собой поверхностями раздела. Такие компоненты изготавливаются раздельно и соединяются, друг с другом в процессе роста, пропитки, смешивания, компактирования мелкодисперсных фракций и т.п. Композиты производят плакированием и конгломерированием [16].
Плакированные порошки преимущественно получают поверхностным осаждением металлов или- сплавов в вакууме; диффузионным насыщением порошков металлов с получением на поверхности частиц твёрдых растворов, боридов, интерметаллидов и других соединений; электролитическим осаждением и другими методами.
Конгломерированные порошки производят с применением связующих органических веществ [16].
Размеры и гранулометрический состав порошков также оказывают существенное влияние на технологические процессы осаждения и наплавки, на качество и свойства покрытий. По размеру частиц порошки подразделяют на классы по размерному фактору.
Для осаждения предпочтительно использовать порошки с 1-го по 9-й класс. Применение более мелкодисперсного порошка при осаждении обычно сопровождается улучшением заполнения покрытия, что приводит к увеличению плотности и уменьшению пористости, строение покрытия становится более однородным [49]. Однако на практике минимальный размер частиц при