Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности

• Автор: Березин, Евгений Кимович
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 197 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Качество газотермических покрытий

1.2. Процессы формирования газотермических покрытий.

1.3. Структурное состояние системы напыленный слой

ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ

1.4. Сопротивление разрушению материалов с газотермическими

покрытиями

1.5. Методы определения прочности соединения газотермических

покрытий с основой

1.6. Износостойкость покрытий в паре трения
1.7. Виды уплотняющих устройств
1.8. Выводы
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы покрытий
2.2. Технология газотермического напыления.
2.2.1 Режимы механической обработки оплавленых газотермических покрытий.
2.3. Исследование структуры и качества покрытий
2.3.1.МИКРОСТРУКТУРНЫЙ анализ.
2.3.2.Эхоимпульсивный АКУСТИЧЕСКИЙ метод.
2.3.3.Аппаратнопрограммные средства для качественной оценки адгезии покрытий
2.3.4.Применение спектральноакустического метода для оценок качества газотермических покрытий деталей
2.4. Методика исследования триботехнических характеристик
МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ
2.4.1. Установка для испытания на трение и износ
2.4.2. Технология изготовления образцов и методика
их испытаний.
3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЗАЩИТНЫХ ВТУЛОК С
ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ.
3.1. Анализ работы и повреждений защитных втулок горячих нефтеперекачивающих насосов.
3.2. Апробация спектральноакустической методики качественной оценки адгезионных характеристик газотермических покрытий.
3.3. Результаты исследований микроструктуры материалов основы и покрытий
3.4. Износостойкость защитных втулок с газотермическими покрытиями.
3.5. Выводы
4. Физико механические процессы изнашивания защитных втулок с газотермическими ПОКРЫТИЯМИ.
4.1. Прогнозирование способности металлов избирательному
ПЕРЕНОСУ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ.
4.2. Сопротивление износу газотермических покрытий
4.3. Механизмы водородного изнашивания защитных втулок
4.4. Выводы
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА ЗАЩИТНЫХ ВТУЛОК С ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Структура многослойного напыленного покрытия оказывается очень сложной по сравнению с компактным материалом. При формировании покрытия наблюдаются два типа взаимодействия: адгезионное (между напыляемыми частицами и поверхностью твердого тела) и когезионное (между частицами), обусловленное действиями сил механического зацепления, Ван-дер-Ваальса и химических связей [3, 5, ,,]. Материал плазменного покрытия состоит из структурных элементов - зерно, частицы, слой [], и вследствие этого в нем имеются границы -между отдельными деформированными частицами, между слоями покрытия и между покрытием и подложкой (рис. Границы отличаются сложной электронной и кристаллической структурой, поскольку они возникают в результате различного временного осаждения частиц в одном слое и между последующими слоями и часто обуславливаются различной длительностью пребывания частиц в окружающей атмосфере. В зависимости от размера частиц и формы образцов и изделий временной интервал осаждения частиц в смежных слоях может достигать нескольких секунд и более, и эта величина на несколько порядков больше интервала времени осаждения соседних частиц в слое. Рис. Рис. Соотношение тепловой и кинетической энергий распыляемых частиц в момент их встречи с основой определяет возможность образования структур с преобладающим зернистым или слоистым строением []. Покрытие с зернистой структурой получается из оплавленных с поверхности частиц порошка в тех случаях, когда тепловой и кинетической энергии недостаточно для формации частиц, например, окиси А1, двуокиси 7л [6]. Структура слоистая образуется из расплавленных частиц, имеющих высокую скорость движения в момент удара о подложку. Каждая застывшая частица в структурах обоих типов имеет, в свою очередь, зернистое или чешуйчатое строение []. Размеры образований внутри частиц зависят от дискретно-коллективных условий теплообмена дисперсной фазы при формировании слоя и лежат в пределах 0,1- мкм. Субмикроструктура частиц состоит из зерен и трещин, ширина которых составляет (6-)х'4 мкм. На поверхности подложки или уже нанесенного покрытия в промежутке времени между напылением слоев происходит адсорбция газов, и вследствие этого откладываются нитевидные фракции распыляемого материала или его оксидов [3]. При постепенной укладке деформированных частиц на стыках между ними появляются микропустоты, занимаемые газом окружающей атмосферы. Наибольшую толщину адсорбированного газа имеют межслойные границы и межфазная зона между поверхностью матрицы и покрытия-. Характер взаимодействия частиц с основой и соседними частицами, а также и состояние к моменту соударения обусловливают появление, тип и размер таких структурных элементов покрытий, как микротрещины, крупные сфероподобные полости - поры (до десятков микрон), образованные вследствие наличия крупных пузырей газа в жидком материале частиц; мелкие поры (до десятков долей микрон), каналы, воронкообразные образования, возникающие при выходе малых порций газа из материала частиц; микрополости, связанные с наличием развитого микрорельефа на поверхности частиц; границы вертикальных столбчатых образований и трещины по ним в теле частиц; ядра, частицы и осколки неправильной формы; мелкие каплеобразные включения, которые являются результатом неполного проплавления, разрушения вторично затвердевшего материала, разбрызгивания при перегреве и повышенных скоростях и другие (рис. Общая пористость может изменяться в пределах от 0,-0, до 0,4-0,6 [3]. Материал покрытия зачастую пронизан сетью трещин, микро- и субмикротрещин (рис. Они фиксируются как поры и вносят соответствующий вклад в формирование сквозной пористости. Изменение структуры и уровня пористости неизбежно влечет за собой изменение всего комплекса физико-механических свойств плазменно-напыленных материалов []. Однако, при газотермическом напылении происходят настолько сложные процессы, что до сих пор не разработана достаточно строгая теория движения полидисперсного материала с учетом взаимодействия между частицами различного размера, а также теория прогнозирования и обеспечения высококачественного покрытия.