К ВОПРОСУ О ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВАХ ПОКРЫТИЯ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ТОЛЩИНЫ

И.Н. Царева Tsareva; О.Б. Бердник Berdnik; Л.А. Кривина Krivina; С.В. Кириков Kirikov; Ю.П. Тарасенко Tarasenko; В.И. Кузьмин Kuzmin; В.В. Мишакин Mishakin; А.В. Гончар Gonchar; Е.Н. Разов Razov

doi:10.32326/1814-9146-2021-83-3-265-275

И.Н. Царева Tsareva Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
О.Б. Бердник Berdnik Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
Л.А. Кривина Krivina Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
С.В. Кириков Kirikov Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
Ю.П. Тарасенко Tarasenko Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
В.И. Кузьмин Kuzmin Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Российская Федерация
В.В. Мишакин Mishakin Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
А.В. Гончар Gonchar Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
Е.Н. Разов Razov Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2021-83-3-265-275

Ключевые слова: высокоэнергетическое плазменное напыление, жаростойкий интерметаллидный подслой, покрытие диоксида циркония, столбчатая микроструктура, адгезионная и когезионная прочность

Аннотация

С применением специальных технологических приемов (послойное напыление, воздушное охлаждение и контроль температуры подложки) решена технологически сложная задача нанесения плазменных покрытий повышенной толщины (~1 мм) с высокой адгезионной прочностью. Трудность решения поставленной задачи обусловлена возникновением микронапряжений в покрытии в процессе напыления, разницей в величинах коэффициента термического расширения подложки и покрытия, сопутствующим нагревом при плазменной обработке, а также короблением тонкостенных деталей при напылении. Изучены закономерности формирования данного покрытия при высокоэнергетическом плазменном напылении порошковой смеси состава ZrO₂ +7% Y₂O₃ со сферической формой частиц. Исследовано структурно-фазовое состояние покрытия. Установлено, что при таком методе напыления формируется слоистая иерархия покрытия со столбчатой формой зерен диоксида циркония в прослойках. Воздействие плазменного потока стимулирует протекание частичного фазового превращения тетрагональной фазы T-ZrO₂ в кубическую фазу K-ZrO₂. Для исследования адгезионной прочности покрытия использованы разные методы: скретч-тест, Роквелл-тест и испытания на малоцикловую усталость. Показана высокая адгезионная прочность сцепления исследуемого покрытия с подложкой, так как ни при одном виде испытаний не произошло отслоения от подложки. Установлено, что при склерометрии преобладает когезионный механизм разрушения за счет микросколов, затрагивающий только поверхностные прослойки (толщиной 5–10 мкм) покрытия. Роквелл-тест продемонстрировал лучший балл трещиностойкости. Методом циклических вибрационных испытаний (на базе 250 000 циклов) установлен механизм разрушения покрытия за счет образования микротрещин на границе с подслоем. Исследованное покрытие может быть использовано для защиты как от высокотемпературного воздействия, так и от механического износа деталей в энергетическом и авиационном машиностроении.