Powłoki ceramiczne napylane plazmowo proszkami stopowanymi dyfuzyjnie. Cz. II. Właściwości powłok

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

Warianty tytułu

EN

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

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano powłoki na bazie proszków ceramicznych Al2O3, Al2O3-Mo i Al2O3-B napylane plazmowo. Przed rozpoczęciem napylania przygotowywano powierzchnie próbek poprzez śrutowanie śrutem żeliwnym. Napylanie plazmowe powłok przeprowadzono przy natężeniu prądu łuku plazmowego 420 A, napięciu 80 V, odstępie między dyszą a powierzchnią napylaną 90 mm. Użyto gazu procesowego, którym był azot z przepływem 3 m3/h. Grubość powłok po napylaniu wynosiła 0,5-0,7 mm, materiał podłoża - stal C45. Badane powłoki mają bardzo wysoką mikrotwardość, a mianowicie ceramika Al2O3 - średnio 15 GPa, ceramika stopowana Al2O3-Mo - 12,9 GPa, ceramika stopowana Al2O3-B - 10,65 GPa. Analiza mikrostruktur powłok wykonana na mikroskopie skaningowym "Mira" ujawniła, że powłoki ceramiczne składają się z częściowo roztopionych, a następnie zakrzepniętych cząstek, intensywność ich topienia wzrasta w kierunku Al2O3 --> Al2O3-Mo --> Al2O3-B. Analiza rentgenostrukturalna wykonana na dyfraktometrze uniwersalnym DPOH-3,0 z wykorzystaniem oprogramowania ARSANAL ujawniła na powierzchniach styku powłoki z podłożem obecność [alfa]-Fe, co oznacza zajście procesu dyfuzji żelaza ze stalowego podłoża do przylegających warstw powłoki ceramicznej. Znacznie większa intensywność linii dyfrakcyjnych [alfa]-Fe dla powłok stopowanych dyfuzyjnie świadczy o tym, że zarówno molibden, jak i bor w trakcie powlekania oddziałują jak katalizatory procesu dyfuzji żelaza wewnątrz przylegającej do podłoża warstwy powłoki. Ujawniona obecność borków żelaza Fe3B na powierzchni styku świadczy o oddziaływaniu chemicznym powłoki Al2O3-B z podłożem. Podczas napylania plazmowego w górnych warstwach powłok formuje się przeważnie modyfikacja wysokotemperaturowa [alfa]-Al2O3, natomiast w warstwach przylegających do podłoża - modyfikacja niskotemperaturowa [gama]-Al2O3. Zawartość modyfikacji [alfa]-Al2O3 w powłokach z ceramiki stopowanej jest znacznie wyższa w porównaniu z powłokami na bazie ceramiki niestopowanej. Powierzchnia powłoki z ceramiki Al2O3 w warunkach tarcia suchego przy stałym obciążeniu zużywa się znacznie szybciej niż powłok z ceramiki stopowanej dyfuzyjnie, przy czym intensywność zużycia ceramiki stopowanej borem jest znacznie mniejsza. Przy obciążeniu wzrastającym powłoka z ceramiki stopowanej molibdenem po bardzo krótkim okresie tarcia wykrusza się całkowicie, natomiast powłoki stopowane borem wykazują mniejsze zużycie, aczkolwiek intensywność zużycia wzrasta w porównaniu do ceramiki Al2O3.

EN

Plasma-sprayed coatings on the base of ceramic powders Al2O3, Al2O3-Mo and Al2O3-B were investigated. Before plasma spraying surfaces of specimens were machined by cast iron shot. Plasma spraying of coats was realized with plasma current strength 420 A and voltage 80 V. The distance between plasma nozzle and surface sprayed was equal 90 mm, process gas - nitrogen with consumption 3 m3/h. Depth of coatings after processing was equal 0.5-0.7 mm, base material - steel C45. Coatings investigated have high microhardness, in particular ceramic Al2O3 - 15 GPa on average, ceramic alloyed Al2O3-Mo-12.9 GPa on average and ceramic alloyed Al2O3-B - 10.65 GPa on average. The analyze of microstructures of coatigs using scanning microscope "Mira" allowed to find, that ceramic coatings consist of quasi molten and then harden particles. The molten intensity of coat particles is grown in direction Al2O3 --> Al2O3 - Mo --> Al2O3 - B. The X-ray structure analysis fulfilled on universal diffractometer DPOH-3.0 using program package ARSANAL allowed to find the presence of [alpha]-Fe at the interfaces between coat and base material. It signifies the process of iron diffusion from steel base material into contact layers of ceramic coat has a place. Useful increase intensity of [alpha]-Fe diffraction lines for coatings alloyed is evidence that boron and molybdenum act on process of iron diffusion from steel base material into contact layers of ceramic coat as accelerants. The presence of iron boride Fe3B into the interface surfaces is evidence of chemical interactions between Al2O3-B coat and base material. When plasma spraying high-temperature modification [alpha]-Al2O3 is forming predominantly into upper layers of coat and low-temperature modification [gamma]-Al2O3 is forming predominantly into layers adjoining to base material. The percentage of [alpha]-Al2O3 modification in coatings from alumina alloyed is higher greatly in comparison with coat from alumina not alloyed. When dry friction with constant loading the surface of Al2O3 coating abrades more quickly in comparison with coatings from alumina diffusion alloyed, wear intensity of ceramic alloyed by boron is smaller greatly. When dry friction with increase loading the coat from alumina alloyed by molybdenum is completely destroyed during very shot time of friction, ceramic coatings alloyed by boron work successfully although their wear intensity increases in comparison with alumina Al2O3.

Słowa kluczowe

PL

powłoka ceramiczna; mikrotwardość; mikrostruktura; skład fazowy; odporność na zużycie

EN

ceramic coating; microhardness; microstructure; phase composition; wear resistance

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 1
• Strony: 86--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 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 Applications, 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] PN-H-04329:1979. Badania wytrzymałościowe metali - Badanie zużycia metali lub ich warstw dyfuzyjnych w procesie tarcia przy wzrastającym nacisku jednostkowym na maszynie typu Amsler.
• [4] Dianying Chen, Jordan E.H, Gell M., Xinqing Ma, Dense alumina-zirconia coatings using the solution precursor plasma spray process, J. Am. Ceram. Soc. 2008, 91, 2, 359-365.
• [5] http://laser-fti.narod.ru/Alumin.htm