Содержание к диссертации
Введение
I. Состояние вопроса (обзор литературы) 8
1.1. Методы восстановления деталей машин и механизмов 8
1.2. Плазмотроны как генераторы низкотемпературной плазмы 12
1.3 Влияние скорости полета частиц напыляемого материала на качество покрытий 15
1.4. Процессы, происходящие при формировании покрытий 21
1.5. Исследование влияния параметров плазменного напыления на структуру и свойства покрытий 23
1.6. Формирование аморфной и микрокристаллической структуры в металлических покрытиях, полученных методом плазменного напыления 32
1.7. Обоснование постановки задачи 35
II. Экспериментальная установка плазменного напыления и методики исследования параметров плазменного напыления, структуры и свойств порошковых материалов и покрый 36
2.1. Подготовка поверхности перед нанесением плазменных покрытий 38
2.2. Подготовка порошковых материалов для плазменного напылениия 39
2.3. Исследование механических свойства покрытий 39
2.3.1. Прочность сцепления покрытий с основой... 42
2.3.2. Твердость покрытий 44
2.3.3. Износостойкость покрытий 45
2.4. Методики, используемые для исследования элементного и фазового состава плазменных покрытий 46
III. Расчет равновесного состава и термодинамических характеристик плазмооборазующих газов 49
3.1. Чистые газы 51
3.2. Смеси газов 57
IV. Исследование влияния параметров плазменного напыления на структуру и свойства покрытий 72
4.1. Исследование зависимости структуры плазменных покрытий от энтальпии микрочастиц 73
4.2. Исследование зависимости структуры покрытий от скорости микрочастиц 95
V. Исследование процессов формирования покрытий с заданными свойствами 118
5.1. Исследование свойств порошковых материалов для плазменного напыления 118
5.2. Исследование закономерностей формирования аморфных фаз при нанесении газотермических покрытий 133
5.3. Применение метода плазменного напыления для получения защитных покрытий с функциональными свойствами 142
Основные выводы 143
Список литературы 146
- Влияние скорости полета частиц напыляемого материала на качество покрытий
- Исследование механических свойства покрытий
- Смеси газов
- Исследование закономерностей формирования аморфных фаз при нанесении газотермических покрытий
Влияние скорости полета частиц напыляемого материала на качество покрытий
На предприятиях современной промышленности, где используется техника, детали которой подвергаются интенсивному износу, существует острая проблема запасных частей. Для решения этих проблем необходимо проводить внедрение технологий, позволяющих восстанавливать изношенные детали до нормативных размеров и, тем самым, продлевать срок их службы. При этом подразумевается, что затраты на восстановление деталей будут экономически оправданными в сравнении с затратами на производство и доставку новых запасных частей.
Широкое внимание восстановлению изношенных деталей уделяется и за рубежом, где доля восстанавливаемых деталей существенно превышает долю новых запасных частей. В развитых странах (США, Англия, Япония и др.) существуют целые корпорации, специализирующиеся на восстановлении деталей, включающие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, производство оборудования и оснастки, проведение работ по восстановлению деталей [1-40].
В первой группе наиболее известны метод обработки детали под ремонтный размер и ремонт детали пластической деформацией. Однако последовательное снятие отработавшего поверхностного слоя уменьшает размеры детали, оставляя при этом неизменной механическую нагрузку, что приводит к существенному снижению усталостной прочности материала. Аналогичными недостатками обладает и метод пластической деформации.
Вторая же группа методов позволяет восстанавливать как размеры, так и технические характеристики деталей, поэтому спектр их применения более широк. В настоящее время разработан и успешно внедрен в ремонтное производстве целый ряд методов восстановления деталей нанесением покрытий. В табл. 1.1 представлены наиболее распространенные из этих методов и рекомендуемые области их применения. Из данных табл.1.1 видно, что все методы обладают рядом положительных качеств, среди которых, в первую очередь, следует отметить их технологическую воспроизводимость и надежность. Методы сравнительно просты и могут быть развернуты даже на небольших ремонтно-технических предприятиях. Однако каждый из перечисленных методов обладает и рядом существенных недостатков, ограничивающих область их применения.
В настоящее время проводятся исследования по разработке новых методов восстановления, разработка новых порошковых материалов [76,161], которые позволили бы расширить номенклатуру и улучшить технологические свойства восстановленных деталей. К этим методам следует отнести газотермические методы, среди которых наиболее широкое распространение получило плазменное порошковое напыление. Данный метод позволяет получать широкий спектр свойств покрытий, высокую производительность и универсальность, возможность наносить износостойкие покрытия в широких диапазонах по толщине (от 0.05 мм до 3 - 5 мм).
Плазма - состояние вещества, которое характеризуется наличием заряженных частиц, взаимодействующих друг с другом на больших расстояниях. Основными параметрами плазмы являются степень ионизации и температура. В зависимости от степени ионизации различают высокотемпературную (горячую) и низкотемпературную (холодную) плазму. Степень ионизации горячей плазмы достигает порядка 100%. К такому состоянию можно отнести вещества при термоядерных реакциях.
В металлургии используют холодную (низкотемпературную) плазму, степень ионизации:которой составляет нелепее 1%, а температура - 10000-30000 К. В последние годы низкотемпературная плазма все шире использует Таблица 1.1 Методы восстановления (упрочнения) деталей нанесением покрытий.
N п/п Метод Преимущество метода Рекомендуемая толщина нанесения покрытия, мм Рекомендуемая номенклатура деталей для восстановления данным методом Недостатки метода, ограничивающие область его применения
Нанесение гальванопокрытий (железнение, никелирование) Технологическая воспроизводимость (объем деталей не ограничен) 0.05-0.4 Автотракторная техника -поршневая группа деталей.1. Детали, не работающие вусловиях ударных нагрузок.2. Для нанесения антикоро-зионных покрытий. Слабая адгезия, низкие значения износостойкости, ударной стойкости, малые термоциклические нагрузки, малая толщина наносимого слоя, растрескиваемость при деформации, многостадийность технологии, громовд-« кость оборудования, трудность получения с однородност покрытий на деталях сложной конфигурации.
Электродуговая наплавка(под слоем флюса, в среде защитных газов, вибродуговая, индукционная) Прямой электроконтакт с поверхностью детали.1. Технологическая простота.2. Надежность.3. Воспроизводимость результатов.4. Высокая адгезия покрытия. 1.0-3.0 Автотракторная техника -преимущественно стальные детали. 1. Высокий градиент температур в зоне наплавочной ванны, приводящий к возникновению мех. Напряжений и, как следствие, трещинообразование, раковины, снижение усталостной прочности, изменениегеометрических размеров.2. Большие ограничения по минимальнойтолщине наплавленого покрытия (не менее 1.0мм).
Газопорошковаянаплавка, напыление. (Предварительный нагрев детали, отсутствие сварочной ванны) 1. Низкие капиталовложения, компактность оборудования,2. Высокие технологическиесвойства - адгезия, износостойкость, однородность покрытия.3. Расширенная номенклатура деталей.Высокая скорость полета порошка. При локальных износах - без ограничения толщины Автотранспортная техника -вал распределительный, ось коромысла, коромысло, пальцы шатуна и поршня, клапана, рычаги и подвески, рулевые тяги, толкатели и др.Почвообрабатывающая техника - лемех плуга, культи-ваторная лапа и др. Ограничения для корпусных деталей, деформация размеров деталей, существенные сложности при мех. обработке.
Исследование механических свойства покрытий
На свойства покрытий существенное влияние оказывают как процессы, происходящие в плазменной струе, так и процессы, происходящие в момент соударения расплавленной частицы с поверхностью подложки [34, 64 - 66].
В момент удара о поверхность подложки расплавленные частицы деформируются и растекаются по поверхности. Из-за высокой скорости движения на границе "частица - поверхность подложки" развивается физический контакт, в результате которого при сообщении атомам подложки некоторой энергии активации начинается процесс химического взаимодействия с атомами частиц [67].
Для протекания химической реакции в контакте "жидкая частица -твердая подложка" важнейшим параметром является температура, которая остается квазиравновесной в течение времени кристаллизации частицы, после чего падает. Таким образом, весь термический цикл в зоне контакта длится очень короткое время [68].
Для приваривания частицы к подложке необходима определенная энергия, зависящая от температуры и скорости частицы в момент соударения с поверхностью, а также от температуры самой поверхности. Поэтому в ряде случаев для улучшения приваривания осуществляют подогрев поверхности напыляемого изделия путем подогрева всего изделия, либо локально в зоне напыления плазмотроном или газовой горелкой [34]. Однакр следует помнить, что на воздухе окисление металла происходит уже при температуре подложки порядка комнатной (20С ). При нагреве же металла в воздушной атмосфере выше некоторой критической температуры (100 - 300С ) образуется интенсивный слой оксида, препятствующий образованию достаточно прочного соединения основы с покрытием. Поэтому в ряде технологически обоснованных случаев подогрев и напыление осуществляются в инертной или восстановительной атмосфере. Так, например, подложки из тугоплавких металлов (W, Мо), графита, меди требуют для соединения с напыляемыми металлами достаточно высокого подогрева, но только в инертной среде, что для W, Мо и графита объясняется высокой энергией связи атомов в решетке, а для меди - высокой теплопроводностью и сильной окисляемостью. На воздухе прочное сцепление возможно получить лишь для случаев, когда температура химического взаимодействия ниже температуры, при которой идет процесс интенсивного окисления подложки.
Необходимым условием получения качественных покрытий является хорошая согласованность коэффициентов линейного расширения материалов подложки и покрытия. Для выполнения данного условия иногда необходимо нанесение подслоя. Например, при нанесении АЬОз на сталь и медь рекомендуется наносить Cr-Ni подслой [60].
Качество покрытий можно улучшать варьированием скорости частиц. Экспериментально показано [34, 69], что для частиц материалов небольшой плотности изменение скорости в диапазоне 40 - 100 м/с практически не влияет на кинетику и прочность приваривания. Как показывают теория и эксперимент, увеличение скорости частиц при плазменном напылении до 400 - 600 м/с улучшает качество покрытий и упрощает технологию за счет снижения требований к подготовке напыляемой поверхности и возможности получения высокой прочности сцепления без подогрева подложки.
Увеличение толщины покрытия отрицательно сказывается на прочности сцепления. Так, уже при толщине покрытия 0.5 - 1 мм наблюдается тенденция к самопроизвольному отслаиванию.
Существенное влияние на прочность сцепления оказывает предварительная дробеструйная обработка поверхности за счет увеличения площади контакта, очистки и активации поверхности.
На качество покрытия отрицательно влияет степень пористости. Основными способами ее снижения в покрытиях являются [70]: Подбор составов напыляемых материалов, которые, проходя через факел плазменной струи, реагировали бы между собой с выделением тепла, образуя при этом тугоплавкие и стойкие к окислению соединения.
Использование в составах добавок, образующих во время эксплуатации оксиды, которые в результате увеличения объема частиц способствуют уменьшению пористости, а, значит, уплотнению защитного слоя покрытия.
На свойства покрытий влияет четкость работы оборудования и плазмотронов, что обеспечивает согласованность их параметров при напылении, а, следовательно, стабильность энтальпии, скорости и температуры плазменной струи и т.д. [71].
Обилие факторов, влияющих на конечные свойства покрытий, не позволяет создать общую теоретическую концепцию, дающую возможность с единой позиции установить режимы и условия процессов напыления. В то же время, в ряде случаев возможно достаточно научно-обоснованно осуществлять выбор целого ряда технологических операций и режимов нанесения покрытий, проводя целенаправленные поисковые работы.
Исследование влияния параметров плазменного напыления на структуру и свойства покрытий
Как было отмечено выше (п.п.1.3, 1.4), специфической особенностью плазменного порошкового напыления является многофункциональная зависимость структуры и свойств покрытий от: типа установки плазменного напыления; конструктивных особенностей плазмотрона; процессов нагрева и ускорения микрочастиц в плазменном потоке; механизма взаимодействия "частица - подложка" и "частица - покрытие". При этом отклонение технологического режима от отработанного хотя бы по одному из параметров может привести к существенному снижению технологических свойств покрытий. В связи с этим существенную практиче -24 скую ценность имеет анализ и исследование влияния процессов плазменного напыления на структуру и свойства покрытий.
Наиболее ответственными этапами плазменного порошкового напыления являются процессы взаимодействия " частица - подложка " (формирование первичного слоя покрытия) и "частица - покрытие" (формирование структуры покрытия).
Процесс взаимодействия "частица - подложка" определяется, главным образом, скоростью движения и температурой частиц (или их среднемассо-вым теплосодержанием). Недостаточные прогрев и ускорение частиц приводят к слабой их приварке к основе и друг к другу, что резко снижает технологические свойства покрытий [27,19, 40]. В настоящее время ведутся работы по улучшению технологических свойств плазменных покрытий с помощью различных методов воздействия на покрытие, создающих условия для увеличения глубины диффузионного слоя "покрытие - основа", снятия напряжений, стабилизации состава и структуры покрытий. Такими методами воздействия на покрытие являются оплавление газовой горелкой, плазмой, электронными и лазерными лучами и др. [26, 12, 67, 88 - 92].
Структура плазменных порошковых покрытий и структура материала из того же состава, полученного методами обычной кристаллизации из расплава, существенно отличаются между собой. Отличие в структурах подложки и напыляемого покрытия приводит к отличию физико-химических и технологических свойств покрытий.
Смеси газов
Для плазменных покрытий, напыленных при режиме Р2, характерна более высокая степень деформации микрочастиц как для покрытий из порошков фракций Фі, так и для покрытий, полученных из порошков фракции Ф2. На межчастичных границах покрытий при режиме Р2 существенно уменьшилось количество пор и оксидных включений по сравнению с покрытиями, нанесенными при режиме Рь Поры имеют более округлую форму, чем при режиме Pi, и расположены, в основном, отдельно друг от друга. Анализ структуры покрытий, нанесенных при режиме Р2, показал, что условия формирования покрытий, как при напылении порошком фракции Ф], так и при напылении порошком фракции Ф2, лучше, чем при напылении покрытий при режиме Рь
Исследование структуры плазменных покрытий, напыленных при режиме Рз, показало, что наблюдается существенное ухудшение условий формирования покрытий по сравнению с условиями при напылении по режиму Р2 как для покрытий из порошков фракции Ф], так и из порошков фракции Ф2. При этом отмечено, что ухудшение условий формирования для покрытий из более мелких порошков фракции Ф] наблюдается в большей степени, чем для покрытий из порошков более крупных фракций Ф2.
Для структуры покрытий из порошка фракции Фі, напыленных по режиму Рз, характерным является наличие большого количества оксидных пленок и пор, в том числе и вдоль границ между микрочастицами. Степень деформации микрочастиц существенно уменьшилась как по сравнению с режимом Pi, так и по сравнению с режимом Р2. В материале покрытия наблюдается значительное количество сферических частиц, что говорит о низкой степени их проплавлення.
В структуре покрытий из порошка фракции Ф2 при напылении по режиму Рз так же, как и в структуре покрытий фракции Фь наблюдается существенное увеличение размера и количества пор по сравнению с покрытием, нанесенным при режиме Р2. В тоже время следует отметить, что в покрытии с -более крупной фракцией количество и размеры пор меньше, чем в покрытии с более мелкой фракцией. Анализ структуры показал, что в покрытии из порошка фракции t 2 при напылении по режиму Рз наблюдается появление большого количества микрочастиц округлой формы, что говорит о низком значении степени проплавлення этих частиц.
Сравнение структуры покрытий из порошка фракцией Фі и Фг, напыленных при различных условиях говорит о том, что при режиме 2 как для порошка Фі, так и для порошка фракции Ф2 наблюдается лучшие условия для формирования слоистой структуры покрытий. Это обусловлено, видимо, следующими обстоятельствами.
С увеличением скорости расхода плазмообразующего газа при режиме 2 увеличивается скорость микрочастиц и, соответственно, улучшаются условия для их растекания. При этом степень прогрева микрочастиц за счет некоторого сокращения времени их присутствия в высокотемпературной зоне плазменной струи снижается не столь существенно, чтобы повлиять на величину вязкости расплавленного материала микрочастиц. Поэтому и наблюдается улучшение структуры покрытий. Дальнейшее же увеличение скорости расхода плазмообразующего газа (при сохранении постоянной величины мощности плазмотрона) приводит к столь существенному снижению теплосодержания микрочастиц, что степень их проплавлення становится низкой. Это приводит к увеличению вязкости материала микрочастиц (соответственно, к снижению текучести) и, в конечном итоге, к ухудшению условий растекания микрочастиц и снижению качества покрытий.
Вышесказанное предположение подтверждается результатами исследования зависимости теплосодержания микрочастиц от скорости расхода плазмообразующего газа, проведенного при тех же режимах, что и исследование структуры покрытий. На рисунках 4.15 и 4.16 приведены результаты исследования зависимости теплосодержания микрочастиц порошка ПН85Ю15 фракцией Ф2 от скорости расхода плазмообразующего газа и скорости движения микрочастиц. Как видно из результатов, приведенных на рис.4.15, увеличение скорости расхода плазмообразующего газа от 0.41 л/с приводит к снижению среднемассового теплосодержания материала микрочастиц от 1620 кДж/кг до 1300 кДж/кг. В то же время, при напылении по режиму Pi и Рг теплосодержание микрочастиц выше величины порога их полного проплавлення, что и обеспечило хорошие условия для их растекания.
Дальнейшее увеличение скорости расхода плазмообразующего газа до 0.6л /с и, соответственно, увеличение скорости микрочастиц до 0.82 м/с (режим Рз) приводит к снижению величины среднемассового теплосодержания материала микрочастиц до 700 кДж/кг.
Изменение энергии, необходимой для нагрева частиц напыляемого порошка ІШ85Ю15 до температуры плавления показали, что эта величина составляет « 800 - 830 кДж/кг. Сравнение этой величины с измеренной величиной теплосодержания микрочастиц при напылении по режиму Рз показывает, что полного проплавлення микрочастиц при данном режиме напыления не происходит. Это и приводит к резкому снижению качества покрытия.
Как видно из результатов, приведенных на рис.4.16, величина средне-массового теплосодержания микрочастиц линейно падает с ростом скорости микрочастиц при сохранении постоянным значения мощности плазмотрона. Это говорит о том, что при постоянном значении мощности плазмотрона увеличение скорости микрочастиц происходит одновременно с уменьшением их теплосодержания. Зависимость теплосодержания от скорости микрочастиц при исследуемых режимах напыления можно аппроксимировать следующим выражением: где v4 - дается в м/с, аНч-в кДж/кг. Если обозначить через Нпл минимальную величину теплосодержания микрочастиц, при которой наблюдается их удовлетворительное растекание, то с помощью уравнения (4.23) можно определить максимально достижимую при данной величине мощности плазмотрона скорости микрочастиц vmax. В этом случае для vmax получается следующее выражение:
Построив аналогичные зависимости для различных режимов работы плазмотрона, различных материалов и фракций микрочастиц, можно определить максимальные для конкретных типов плазмотрона и установки напыления значения скорости микрочастиц, при которых еще соблюдаются удовлетворительные условия для их растекания. Такие данные можно использовать при моделировании и разработке технологических процессов плазменного напыления и определения границ технологической применимости плазмотронов и установок плазменного напыления.
Для определения количественных зависимостей структуры плазменных покрытий от скорости микрочастиц проводилось исследование зависимости пористости плазменных покрытий от скорости массового расхода плазмооб-разующего газа. Определение пористости плазменных покрытий осуществлялось точечным и планиметрическим методами [136]. Результаты исследований зависимости пористости плазменных покрытий из порошка ПН85Ю15 фракции 0-50 мкм и 50 - 100 мкм от расхода плазмообразующего газа и скорости микрочастиц представлены на рис.4.17 - 4.18.
Как видно из результатов, приведенных на рис.4.17 и 4.18, зависимость пористости покрытий от скорости расхода плазмообразующего газа и скорости движения микрочастиц носит экстремальный характер. Характерным для всех трех режимов напьшения является превышение пористости покрытий из мелкой фракции Ф] над пористостью покрытий из более крупной фракции Ф-2. Это обусловлено тем, что с увеличением размеров микрочастиц количество частиц на единицу объема материала покрытия существенно уменьшается, соответственно, уменьшается и количество межчастичных пор.
Результаты исследований зависимости пористости покрытий от теплосодержания микрочастиц, приведенные в разделе 4.1, показывают, что с уменьшением теплосодержания микрочастиц пористость покрытий возрастает. Как видно из результатов исследований, приведенных на рис.4.15 и 4.16, с увеличением Мпо и v4 теплосодержание микрочастиц монотонно падает.
Исследование закономерностей формирования аморфных фаз при нанесении газотермических покрытий
Дальнейшее увеличение скорости расхода плазмообразующего газа до 0.6л /с и, соответственно, увеличение скорости микрочастиц до 0.82 м/с (режим Рз) приводит к снижению величины среднемассового теплосодержания материала микрочастиц до 700 кДж/кг.
Изменение энергии, необходимой для нагрева частиц напыляемого порошка ІШ85Ю15 до температуры плавления показали, что эта величина составляет « 800 - 830 кДж/кг. Сравнение этой величины с измеренной величиной теплосодержания микрочастиц при напылении по режиму Рз показывает, что полного проплавлення микрочастиц при данном режиме напыления не происходит. Это и приводит к резкому снижению качества покрытия.
Как видно из результатов, приведенных на рис.4.16, величина средне-массового теплосодержания микрочастиц линейно падает с ростом скорости микрочастиц при сохранении постоянным значения мощности плазмотрона. Это говорит о том, что при постоянном значении мощности плазмотрона увеличение скорости микрочастиц происходит одновременно с уменьшением их теплосодержания. Зависимость теплосодержания от скорости микрочастиц при исследуемых режимах напыления можно аппроксимировать следующим выражением: где v4 - дается в м/с, аНч-в кДж/кг. Если обозначить через Нпл минимальную величину теплосодержания микрочастиц, при которой наблюдается их удовлетворительное растекание, то с помощью уравнения (4.23) можно определить максимально достижимую при данной величине мощности плазмотрона скорости микрочастиц vmax. В этом случае для vmax получается следующее выражение:
Построив аналогичные зависимости для различных режимов работы плазмотрона, различных материалов и фракций микрочастиц, можно определить максимальные для конкретных типов плазмотрона и установки напыления значения скорости микрочастиц, при которых еще соблюдаются удовлетворительные условия для их растекания. Такие данные можно использовать при моделировании и разработке технологических процессов плазменного напыления и определения границ технологической применимости плазмотронов и установок плазменного напыления.
Для определения количественных зависимостей структуры плазменных покрытий от скорости микрочастиц проводилось исследование зависимости пористости плазменных покрытий от скорости массового расхода плазмооб-разующего газа. Определение пористости плазменных покрытий осуществлялось точечным и планиметрическим методами [136]. Результаты исследований зависимости пористости плазменных покрытий из порошка ПН85Ю15 фракции 0-50 мкм и 50 - 100 мкм от расхода плазмообразующего газа и скорости микрочастиц представлены на рис.4.17 - 4.18.
Как видно из результатов, приведенных на рис.4.17 и 4.18, зависимость пористости покрытий от скорости расхода плазмообразующего газа и скорости движения микрочастиц носит экстремальный характер. Характерным для всех трех режимов напьшения является превышение пористости покрытий из мелкой фракции Ф] над пористостью покрытий из более крупной фракции Ф-2. Это обусловлено тем, что с увеличением размеров микрочастиц количество частиц на единицу объема материала покрытия существенно уменьшается, соответственно, уменьшается и количество межчастичных пор.
Результаты исследований зависимости пористости покрытий от теплосодержания микрочастиц, приведенные в разделе 4.1, показывают, что с уменьшением теплосодержания микрочастиц пористость покрытий возрастает. Как видно из результатов исследований, приведенных на рис.4.15 и 4.16, с увеличением Мпо и v4 теплосодержание микрочастиц монотонно падает.
Зависимость пористости плазменных покрытий из порошка ПН85Ю15 от расхода плазмообразующего газа: I = 250 A, U = 50 В, М = 0.13 л/с, М = 0.27 - 0.47 л/с, 1 - фракция порошка 0 -50 мкм, 2 - фракция порошка 50-100 мкм
Сравнение результатов исследований, приведенных на рис.4.7, 4.15 -4.18 показывает, что при переходе напыления от режима Pi к режиму Р2 плотность покрытий все же возрастает (пористость падает), несмотря на некоторое снижение теплосодержания микрочастиц. Это обусловлено увеличением скорости частиц. В то же время дальнейшее увеличение скорости микрочастиц, переход к напылению по режиму Рз приводит к резкому снижению плотности покрытий (пористость возрастает). Это обусловлено значительным снижением теплосодержания микрочастиц, что приводит к их неполному проплавленню и, соответственно, к ухудшению условий для их растекания.
Как было отмечено выше, другим параметром, количественно характеризующим структуру плазменных покрытий, является их твердость. На рис4.19 и 4.20 приведены результаты исследований зависимости твердости по Виккерсу плазменных покрытий из порошка 1Ш85Ю15 фракции 0-50 мкм и 50 - 100 мкм от скорости расхода плазмообразующего газа и от скорости микрочастиц в области взаимодействия "частица-подложка". Как видно из результатов, приведенных на рис.4.19 и 4.20, зависимости HV от Мпо и v4 так же, как и зависимость пористости покрытий, носят экстремальный характер с максимумом при Мп0 = 0.5 л/с и v4 = 85 м/с для частиц порошка фракции Фі и Мпо = 0.5л /с, v4 = 65 м/с для частиц порошка фракции Ф2.
Таким образом, увеличение скорости микрочастиц при сохранении величины их теплосодержания выше значения энтальпии плавления микрочастиц приводит к увеличению твердости покрытий, что обусловлено как увеличением плотности покрытий, так и увеличением сил сцепления микрочастиц между собой. Уменьшение теплосодержания микрочастиц ниже определенного предела, несмотря на увеличение их скорости, приводит к резкому снижению твердости покрытий. Это обусловлено как увеличением пористости покрытий, так и снижением сил сцепления между микрочастицами материала покрытия.
Обобщая результаты проведенных исследований зависимости структуры и ряда свойств плазменных покрытий (пористость и твердость HV) от скорости микрочастиц, можно сказать, что увеличение скорости микрочастиц при сохранении постоянной величиной значения мощности плазмотрона приводит к улучшению свойств покрытий только при увеличении v4 до предела, определяемого условием полного проплавлення микрочастиц.
Таким образом, проводя одновременные исследования теплосодержания микрочастиц и их скорости от режимов напыления, можно реализовать условия, при которых, с одной стороны, будет достигнуто полное проплавле-ние микрочастиц, а, с другой стороны, будет достигнута максимальная скорость микрочастиц в области взаимодействия "частица-подложка". Это позволяет получить максимальные значения адгезионных и когезионных характеристик для напыляемого материала при данных конструктивных и технологических особенностях плазмотрона и установки плазменного напыления.
С другой стороны, результаты исследований показали, что, изменяя режим напыления, можно в достаточно в широком интервале значений управлять различными свойствами покрытий. Это может быть использовано при получении покрытий с наперед заданными физико-механическими и технологическими свойствами.
