Формирование покрытий с нанокристаллической и аморфной структурой плазменным напылением

• Автор: Комлев, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Оглавление
Введение

Цель работы.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

Глава I. Состояние вопроса по формированию покрытий с аморфной структурой плазменным напылением

1.1. Условия формирования микрослитков при скоростях охлаждения

ю3ю8 кс. и

1.2. Формирование аморфных лент при спиннинговании.

1.3. Формирование структуры в быстрозакаленных гшазменнонапыленных покрытиях

1.3.1. Металлургические особенности процесса плазменного напыления

1.3.1.1. Состояние частиц до соударения с подложкой

1.3.1.2. Условия деформации, затвердевания и охлаждения частиц на подложке
1.4. Существующие технологические процессы нанесения аморфных покрытий плазменным напылением
Выводы.
Глава И. Методики, материалы и оборудование при исследовании процесса плазменного напыления покрытий с аморфной структурой
2.1. Материалы и оборудование используемые для проведения исследований
2.2. Методика определения скоростей напыляемых частиц в сечении пятна напыления
2.3. Методика калориметрических измерений тепловых потоков, воздействующих на подложку по зонам пятна напыления.
2.4. Исследования структуры и физикохимических свойств покрытий
Выводы.
Глава III. Сравнительные исследования энергетического состояния напыляемых частиц и структуры покрытий, формируемых при плазменном напылении с применением конической насадки и при традиционном способе напыления.
3.1. Измерение скоростей движения напыляемых частиц
3.2. Измерение величин тепловых потоков действующих на подложку
3.3. Металлографические исследования структуры покрытий полученных при напылении на неподвижные подложки
3.3.1. Структурные состояния частиц образующих покрытия
3.3.2. Распределение пористости в сечении пятна напыления
3.4. Адгезионная прочность покрытий полученных при плазменном напылении
3.5. Содержание кислорода в зоне напыления
Выводы
Глава IV. Исследование факторов влияющих на процесс
формирования аморфной структуры в покрытиях из сплава СозвЫцоРезВМ при плазменном напылении
4.1. Характер затвердевания частиц сплава СоМРе5В1п при охлаждении в газовом потоке
4.2. Особенности формирования покрытий на неподвижной подложке при плазменном напылении с использованием насадки к плазмотрону и при напылении стандартным способом.
4.2.1. Формирование покрытий при напылении без перемещения подложки.
4.2.2. Распределение частиц, содержащих выделения кристаллических фаз, в пятне напыления.
4.3. Влияние фазового состояния, размера и формы напыляемых частиц на формируемое покрытие.
4.4. Влияние энергетического состояния напыляемых частиц наструктуру формируемого покрытия
4.5. Условия формирования покрытий с аморфной структурой на движущейся подложке
4.5.1. Расчет температуры системы покрытиеподложка
4.5.2. Влияние изменения скорости перемещения подложки относительно плазмотрона на структуру покрытий
4.5.3. Влияние толщины покрытия образованного за один проход на его структуру
4.6. Структура и физикохимические свойства покрытий
4.6.1. Адгезионная прочность покрытий
4.6.2. Рентгеновский фазовый анализ напыленных покрытий
4.6.3. Электронномикроскопические исследования на просвет
4.6.4. Э8С анализ напыленных покрытий
4.6.5. Исследование химического состава покрытий.
4.6.6. Измерения магнитных характеристик образцов покрытий
Выводы.
Глава V. Основы технологии и оборудование для нанесения
аморфных магнитномягких покрытий.
5.1. Конструкция насадки к плазмотрону для регулирования термического воздействия плазменной струи на напыляемые частицы и формируемое покрытие
5.2. Разработка основ технологии нанесения экранирующих покрытий на корпуса изделий.
5.2.1. Подготовка поверхностей под нанесение покрытий
5.2.2. Механизм для перемещения напыляемой детали и плазмотрона
5.2.3. Система подачи порошка в плазменную струю.
5.3. Вредные факторы,влияющие на окружающую среду, и условия труда при плазменном напылении .
5.4. Магнитомягкие экраны на корпусах электромеханических изделий.
Выводы.
Глава VI. Формирование наноструктурных плазменных покрытий
6.1. Формирование нано размерных упрочняющих фаз в плазменных покрытиях из сталей, чугунов и сплавов на основе железа.
6.3. Плазменные керметные покрытия с наноразмерным карбонитридом титана .
6.4. Формирование композиционных наноструктурных покрытий.
6.4. 1. Формирование пористой структуры плазменных покрытий при произвольном угле соударения напыляемых частиц с подложкой
6.4.2. Формирование наноструктурных биоактивных покрытий на границе раздела композиционного материала костная ткань имплантат
Выводы.
Общие выводы.
Литература


В большей степени это является причиной, почему в настоящее время не существует общепризнанных методик оптимизации структур аморфных покрытий. В качестве одного из способов оптимизации режимов плазменного напыления используется анализ формы одиночных частиц, осажденных за один проход на подложки, расположенные на разных дистанциях. Выбор дистанции напыления основывается на том, что подложка, на которую происходит напыление, должна быть расположена на границе зоны, в которой начинается остывание расплавленных частиц порошка и не происходит перегрева основы плазменной струей. Эта методика позволяет охарактеризовать среднее состояние напыляемого порошка, но не учитывает влияние градиентов температуры и скорости плазменной струи на структуру покрытия. Плазменная струя для напыления имеет начальный диаметр равный 3г мм. При истечении таких струй из плазмотрона в атмосферу воздуха, их температуры и скорости в продольном и поперечном направлениях имеют значительные градиенты ,. В этом случае напыляемые частицы при введении в плазменную струю могут сегрегировать в ней. Это приводит к значительной неоднородности нагревания частиц, а иногда лишь к частичному расплавлению объема напыляемой частицы или к их затвердеванию еще до соударения с подложкой . Существуют немногочисленные эксперименты но определению коэффициента теплопередачи на границе подложкачастица методом лазерной диагностики ,. Установлено, что скорости охлаждения одиночных напыляемых частиц ниобия равны 8 Кс, а коэффициент теплопередачи на границе раздела ЫЬ частицаподложка равен 2x6 Втм2хК, в качестве материала подложек использовали сталь или окись алюминия. В этих двух работах , при затвердевании и охлаждении частиц не обнаружили уменьшения коэффициента теплопередачи с течением времени, в отличии от процесса получения ленты методом спиннингования 4. При анализе свойств покрытий исследователи обращают внимание на форму и структуру частиц, его составляющих. Форма частиц и поровое пространство между ними составляют понятие макроструктуры покрытия. Большая часть современных покрытий состоит из дискообразных частиц толщиной 1Т мкм. Одновременно в покрытии присутствуют частицы с формой тел вращения размером 1И мкм. По мнению автора работы в покрытии могут встретиться три вида частиц о в виде диска с выпуклой центральной частью формируются в недогретом состоянии о в виде плоского диска с закругленными краями и неровной поверхностью формируются в расплавленном состоянии о в виде характерного лучеобразного разбрызгивания формируются из перегретого металла. По причине низкой теплопроводности при напылении керамических материалов встречается большее разнообразие видов частиц в покрытии, чем при напылении металлов. Так, частицы порошка размером мкм, обычно применяемые для напыления, могут быть оплавлены снаружи, расплавлены полностью, расплавлены и начать затвердевать снаружи, а также возможны комбинации этих основных состояний . Также отмечено, что увеличение температуры подложки повышает степень смачивания ее напыляемыми частицами и регулярность их деформации увеличивается . Для конуса напыления характерно распределение частиц по скорости, температуре и размеру , что приводит к появлению в покрытии частиц отличных между собой, как по форме, размеру, так и по своему внутреннему строению. Поэтому при последующем описании структуры покрытия будем использовать классификацию, разработанную ранее . Основу такой классификации составляет механизм формообразования частиц, который определяет способ их охлаждения, а также макро и микроструктуру полученного покрытия. Рис. Схема сечения покрытия,полученного плазменным напылением 1 частица I типа, 2 частица II типа, 3 частица III типа, 4 частица IV типа, 5 пора между частицами. Типы и виды частиц в покрытии. Такая классификация предполагает для каждого типа частиц однородную форму и сходные условия затвердевания и охлаждения. По этой классификации исходные частицы, не расплавившиеся в плазме, обозначены как частицы I типа, они обычно упруго отражаются от подложки и не фиксируются в покрытии.