Получение композиционного керамического материала для газотермического напыления Канд. техн. наук В. А. Оковитый 1) , чл.-кор. НАН Беларуси, докт. техн. наук, проф. Ф. И. Пантелеенко 1) , асп. В. В. Оковитый 1) , чл.-кор. НАН Беларуси, докт. физ.-мат. наук, проф. В. М. Асташинский 2) 1) Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь), 2) Институт тепло-и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси (Минск, Республика Беларусь)

The paper presents studies on the optimization of the process of applying coatings from cermet powders with different solid phase contents by plasma spraying in air to restore and harden parts of machines and mechanisms operating under adverse conditions. Such conditions are usually created in heavily loaded tribojoints when the mechanisms operate at a low speed of relative movement of surfaces during friction. At the same time, the destruction of the working surfaces is mainly due to the process of microcontact setting and subsequent detachment of the formed particles at their contact points. The application of special protective coatings with the required properties is possible with the manufacture of high-quality starting powder materials and optimization of the technology for their application. Such powders and powder compositions can be obtained by the method of agglomeration of a fine powder mixture with its subsequent high-temperature sintering. To identify the hardening mechanism of composite coatings made of cermet by gas-thermal spraying, important stages are the optimization of the deposition process parameters and the study of the properties of plasma coatings obtained in this case. When optimizing the technological parameters of plasma spraying of coatings, the utilization rate of the sprayed powder material has been taken into account as the main indicator of the process efficiency, the structure of the obtained layers, and the morphology of individual particles deposited on the polished surface. The paper provides data on the structural elements of sprayed materials for wear-resistant coatings obtained by plasma spraying at optimal conditions. Taking into account the processes that occur during the wear of tribological conjugations, the data indicate the existing prerequisites for the wear resistance of the studied composite coatings made of metal ceramics. Special wear-resistant coatings made of materials with a soft matrix hardened by solid inclusions Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y are widely used in various industries. Based on the detailed analysis of the features of cermet plasma coatings, it can be stated that such powder compositions (complex oxides-metal component) are often used as wear-resistant plasma coatings. The research results can be taken into account in cases of application of wear-resistant plasma coatings made of metal-ceramics and compositions based on them, containing solid phases in the form of oxides, as well as the manufacture of a whole range of parts operating under conditions of intense wear.

The paper presents investigations on studying the influence of plasma jet parameters (current, sputtering distance, consumption of nitrogen plasma forming gas), fractional composition of an initial powder on characteristics of plasma powder coatings from ceramics with a non-equilibrium structure. Optimization of APS parameters (plasma spraying in air) has been carried out for the following materials: NiAl, Al2O3–Cr2O–TiO2– 15 % (CaF2–Ni) and FeCr30Mo3 – 12 % CaF2– 50 % TiC. The optimization of sputtering parameters has been made on the basis of obtaining maximum coefficient of the material use. Structure of coatings, their chemical and phase compositions have a determining effect on physical and mechanical properties of the coatings, in particular, on porosity, adhesion strength and wear resistance. In its turn, a structure and a composition of the coating formed on the substrate depend on energy characteristics of the plasma sputtering process, an efficiency of heat exchange processes between dispersed and gas phases of high-temperature plasma jet, and also on a composition, a structure, and properties of the used materials. Thus, a stable distribution of a solid oxide phase has been observed in the volumes of sputtered materials and there are no surface zones with a deficiency of such inclusions that positively affects operability of the investigated wear-resistant coatings. While carrying out plasma deposition of Al2O3–Cr2O–TiO2– 15 % (CaF2-Ni) powders, a coating with a higher micro-hardness has been formed in comparison with Al2O3–Cr2O–TiO2– 15 % (MoS2–Ni) powders that is due to a decrease in porosity and an increase in uniformity of coatings. Graininess of the coatings exerts a significant influence on density of coatings, nature of phase distribution and strength characteristics (wear resistance and adhesion strength).

Разработка комплекса оборудования для нанесения плазменных керамических покрытий Асп. В. В. Оковитый 1) , докт. техн. наук, проф. О. Г. Девойно 1) , канд. техн. наук В. А. Оковитый 1) , чл.-кор. НАН Беларуси, докт. техн. наук, проф. Ф. И. Пантелеенко 1) , чл.-кор. НАН Беларуси, докт. физ.-мат. наук, проф. В. М. Асташинский 2) 1) Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь), 2) Институт тепло-и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси (Минск, Республика Беларусь)

Belаrusian National Technical University, 2016Реферат. Разработана технология формирования теплозащитных покрытий на основе диоксида циркония, исследова-ны структуры фазового состава и термостойкости таких покрытий. Приведены результаты исследования процесса формирования оксидной системы ZrO 2 -Y 2 О 3 методами плазменного напыления и последующей высокоэнергетиче-ской обработки, позволяющей повысить стойкость теплозащитного покрытия к термоциклированию при темпера-туре 1100 °С. Это приводит к более длительной защите подложки от воздействий высоких температур. Методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследовани-ях структурных элементов композиционных плазменных покрытий системы ZrO 2 -Y 2 О. Стойкость плазменных по-крытий типа Me -Cr -Al -Y/ZrO 2 -Y 2 O 3 , применяемых в качестве теплозащитных покрытий для защиты лопаток газотурбинных двигателей в условиях частых теплосмен, ограничивается скалыванием внешнего керамического слоя. Структурные и микрорентгеноспектральные исследования показали, что в результате термоциклирования внешняя атмосфера благодаря пористой структуре керамического слоя покрытия проникает к поверхности нижнего металли-ческого покрытия, вызывая его окисление. В результате на границе металл -керамика формируется слой Al 2 O 3 , изменяющий напряженное состояние покрытия, что приводит к снижению защитных свойств. Таким образом, высо-кая термостойкость теплозащитных покрытий зависит от процессов, протекающих на границе между металлическим и керамическим слоями покрытия. Лазерное воздействие на образцы с теплозащитными покрытиями приводит к из-менению структуры оксидного слоя ZrO 2 -Y 2 O 3 . При этом его исходная поверхность, характеризующаяся развитым рельефом, в результате обработки существенно выравнивается и покрытие растрескивается, разделяясь на фрагмен-ты. Так как оксидное покрытие обладает низкой теплопроводностью, а время воздействия лазера порядка 10 -3 с, теп-ловой поток не успевает распространиться на большую глубину. В результате поверхность покрытия приобретает вид застывшего расплава. Покрытие, полученное из порошка ZrO 2 -7 % Y 2 O 3 по разработанной авторами технологии, выдерживает в 1,5 раза больше циклов нагрева -охлаждения, чем подобное покрытие, изготовленное ранее. Предло-женный способ позволяет повысить стойкости покрытия к термоциклированию при температуре 1100° С.