Powłoki ceramiczne napylane plazmowo proszkami stopowanymi dyfuzyjnie. Cz. I. Właściwości proszków

• Autorzy: Feldshtein E. , Devojno O. , Yatskevich O.

Warianty tytułu

EN

Plasma-sprayed ceramic coatings on the base of powders diffusion alloyed. Part I. Properties of powders

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Części współczesnych maszyn często wymagają ochrony powierzchni roboczych od oddziaływania otoczenia korozyjnego, zużycia oraz niszczenia mechanicznego. W tym celu w szerokim zakresie wykorzystuje się napylanie plazmowe, kształtujące na powierzchniach roboczych powłoki różnych typów. W ostatnich latach dla zwiększenia właściwości wytrzymałościowych powłok oraz sił ich łączenia z podłożem (materiałem bazowym) coraz częściej stosuje się proszki o skomplikowanych właściwościach fizykochemicznych. Prostym i efektywnym sposobem modyfikującym skład fazowy oraz strukturę wykorzystywanych proszków do napylania jest proces stopowania dyfuzyjnego. Wiadomo, że tlenek glinu cechuje się wysoką twardością, odpornością na zużycie, odpornością korozyjną, nie oddziałuje z metalami nawet przy wysokich temperaturach. Dlatego celem przedstawionej pracy było badanie właściwości proszków na bazie tlenku glinu, których cząsteczki były poddane stopowaniu dyfuzyjnemu. Jako elementy stopujące wybrano molibden i bor. W trakcie nagrzewania w piecu w ciągu 2 h mieszaniny proszków tlenku glinu z proszkami molibdenu (8% masy) lub boru (10% masy) w obecności chlorku amonu (4% masy) otrzymano proszki kompozytowe Al2O3-Mo i Al2O3-B. W celu zapewnienia identycznych warunków oddziaływania termicznego proszek wyjściowy tlenku glinu poddano obróbce cieplnej w warunkach analogicznych stopowaniu dyfuzyjnemu. Na podstawie analizy kształtów proszków na mikroskopie skaningowym "Mira" ustalono, że proszek wyjściowy tlenku glinu składa się z cząstek dwóch typów - kulistych oraz w postaci konglomeratów mikrokryształów. Cząstki proszków po stopowaniu dyfuzyjnym mają kształt kryształów, przy czym borowanie kształtuje bardziej jednorodne graniaste kryształy. Analiza rentgenostrukturalna wykonana na dyfraktometrze uniwersalnym DPOH-3,0 z wykorzystaniem oprogramowania ARSANAL pozwoliła na określenie składu fazowego proszku czystego tlenku glinu oraz proszków stopowanych borem i molibdenem. Ustalono, że przy stopowaniu zwiększa się udział fazy wysokotemperaturowej [alfa]-Al2O3 w składzie proszków wskutek przemian [gama] → [delta] → [alfa] na drodze powolnej przebudowy sieci krystalicznej. Warunki temperaturowe i czasowe obróbki dyfuzyjnej są wystarczające do powstania przemian fazowych w ceramice oraz utrwaleniu w niej przeważnie heksagonalnej modyfikacji [alfa] tlenku glinu. Ponieważ na temperaturę i prędkość przemian polimorficznych tlenku glinu ma znaczący wpływ obecność domieszek, można sugerować, że obecność boru i molibdenu obniża temperaturę przemiany [gama] → [alfa] i znacznie zwiększa prędkość powstawania [alfa]-fazy. Molibden jest obecny w ceramicznym proszku stopowanym jako czysty pierwiastek chemiczny oraz w postaci tlenków. Bor natomiast występuje tylko jako czysty pierwiastek chemiczny, jakichkolwiek związków chemicznych boru w cząstkach stopowanego proszku nie zarejestrowano.

EN

The parts of contemporary machines frequently need the protection of their work surfaces against corrosion medium influence, mechanical wear and destruction. With that end in view plasma spraying is used widely. In latter years, powders with compound composition are used in increasing frequencies to raise strength properties of coatings and their cohesion with the base material. The process of diffusion alloying is the simple method to influence on phase composition and structure of a starting powder. It is known, alumina have the great hardness, wear resistance, does not enter interaction with metals when heating to high temperatures. Then, the purpose of this work is the study of properties of powders on the alumina base, which particles were subject to diffusion alloying. As alloyed elements, molybdenum and boron were used. Alloyed compositions Al2O3-Mo and Al2O3-B were received after heating into oven during 2 h. Mixtures of alumina powder with molybdenum powder (8% of general mass) or boron powder (10% of general mass) with addition of ammonium chloride (4% over the general mass) were used. To meet identical conditions, starting powder was heated with conditions similar to diffusion alloying. The powder shapes analysis fulfilled on the scanning microscope "Mira" allowed to find, that the base alumina powder consists of two type particles - rounded and in the form of conglomerate of microcrystals. Alloying powders have crystal shape, and boronizing forms more uniform faceted crystals. The X-ray structure analysis fulfilled on universal diffractometer DPOH-3,0 using program package ARSANAL allowed to find phase composition of clean alumina powder and powders alloyed by boron and molybdenum. It is determined, the share of high temperature phase [alpha]-Al2O3 in powder increases due to conversion [gamma] → [delta] → [alpha] in consequence of gradual rebuilding of crystal grating. The temperature and time conditions of diffusion alloying are quite enough to realize phase transformation process into ceramic and to lock in it the hexagonal [alpha]-modification of alumina. Because the presence of impurities influences essentially on temperature and speed of polymorphous transformation in alumina, one can suppose that molybdenum and boron presence into alumina reduces the temperature of [gamma] → [alpha] transformation and increases the speed of [alpha] phase formation. Molybdenum presents into alloyed ceramic powder as clean chemical element both oxides. However, boron presents into alloyed ceramic powder as clean chemical element only, boron compounds into powder particles were not discovered.

Słowa kluczowe

PL

proszek; tlenku glinu; stopowanie dyfuzyjne; kształt cząstek; skład fazowy

EN

alumina powders; diffusion alloyed; particles shape; phase composition

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 1
• Strony: 81--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Feldshtein E.

autor

Devojno O.

autor

Yatskevich O.

• Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, ul. prof. Z. Szafrana 4, 65-516 Zielona Góra, Poland,

Bibliografia

• [1] Heimann R.B., Plasma Spray Coating, Principles and Application, Ed. 2, Wiley-VCH, Weinheim 2008.
• [2] D’Agostino R., Favia P., Kawai Y., Ikegami H., Sato N., Arefi-Khonsari F., Advanced Plasma Technology, Wiley-VCH, Berlin 2007.
• [3] Adamiec P., Dziubiński J., Wytwarzanie i właściwości warstw wierzchnich elementów maszyn transportowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2005.
• [4] Wang M., Effect of Oxide Addition on Plasma Sprayed Alumina-Based Coatings, University of Connecticut, Storrs 2007.
• [5] Hocking M.G., Vasantasree V., Sidky P.S., Metallic and ceramic coatings, Scientic & Technical, Longman 1989.
• [6] Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения, ООО Издательство «Научтехлитиздат», Москва 2003.
• [7] Муханов В.А., Куракевич А.А., Соложенко В.Л.К вопросу о твердости оксида бора (Ш), Сверхтвердые материалы 2008, 1,94-96.
• [8] Handbuch der Praparativen Anorganischen Chemle in drei Banden (red. von G. Brauer), Band 2, Stuttgart, Auflage Ferdinand Enke Verlag 1981.
• [9] http://kckizw.ceramika.agh.edu.pl/Tresc/Dydaktyka/Krystalografia/Wyklad_09.ppt