СТРУКТУРА И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ, ПЛАКИРОВАННОГО НИКЕЛЕМ

И.Н. Царева Tsareva; О.Б. Бердник Berdnik; Л.А. Кривина Krivina; В.И. Кузьмин Kuzmin; Е.Н. Разов Razov

doi:10.32326/1814-9146-2022-84-3-397-408

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
В.И. Кузьмин Kuzmin Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, 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/10.32326/1814-9146-2022-84-3-397-408

Ключевые слова: плакированный порошковый материал, высокоэнергетическое плазменное напыление, жаростойкий интерметаллидный подслой, покрытие диоксида циркония, композиционная микроструктура, адгезионная и когезионная прочность

Аннотация

Решена задача повышения адгезионной прочности плазменных порошковых покрытий посредством введения в них металлической связки из нового композиционного порошка отечественного производства. Синтез композиционного порошкового материала осуществляется методом плакирования матричных керамических частиц металлическим компонентом. Приводятся результаты исследований нового порошкового материала (ZrO2+8%Y2O3) с гранулярным составом 40/80 мкм, полученного методом химического плакирования частиц диоксида циркония оболочкой никеля (30 масс. %), а также сформированного из него покрытия. Методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены закономерности формирования экспериментального покрытия из этого порошкового материала со сферической формой частиц. Установлено, что при высокоэнергетическом плазменном напылении формируется покрытие с двухфазным составом (Т-ZrO2+Ni). В поперечном сечении покрытие представляет собой композиционную структуру, состоящую из зерен диоксида циркония с никелевыми прослойками. Покрытие характеризуется значением твердости HV(сред.) ~ 7,6 ГПа и шероховатостью поверхности по параметру Ra(сред.) ~ 6,16 мкм. При микроиндентировании покрытие не проявляет хрупкости. В качестве основного метода для исследования прочностных свойств покрытия использован метод скретч-теста. При склерометрии установлен преимущественно когезионный механизм разрушения покрытия. Разрушение происходит по когезионному механизму с нарушением связей в тонком поверхностном слое и сопровождается скалыванием микрофрагментов покрытия. Определены критическая нагрузка начала образования микросколов Рс ~ 10 Н и начала образования шевронных микротрещин Рс ~ 45 Н. Показана высокая адгезионная прочность сцепления исследуемого покрытия с подложкой, так как при испытаниях не происходит отслоения от подложки вплоть до максимальной нагрузки 200 Н. Разрабатываемое керамическое покрытие перспективно для защиты от механического и эрозионного износа ответственных деталей энергетического машиностроения, работающих при повышенных температурах.