Дослідження структури та трибологічних властивостей композиційного плазмового покриття на основі сталі

Abstract

Досліджено особливості структуроутворення та фізико-механічні властивості композиційних стальних плазмових покриттів. Як матеріал для покриття використовували феритну сталь 11Х18МВД. В залежності від режимів плазмового напилення в покритті утворюється особлива пориста структура, що є однією з їхніх важливих характеристик. За оптимальних режимів напилення сталі 11Х18МВД загальна пористість покриття становила 20…24 %, а максимальна відкрита пористість — 16…18 %. Зазвичай пористість відіграє позитивну роль, підвищуючи триботехнічні властивості деталей під час їхньої експлуатації, особливо в середовищі мастила. Однак в процесі експлуатації покриттів триботехнічного призначення в умовах абразивного зносу пористість може погіршувати робочі характеристики деталі, тому за цих умов для покращення експлуатаційних властивостей плазмових покриттів застосовано додаткову термообробку. Це забезпечувало підвищення адгезії та формування необхідної композиції і гетерогенної структури на поверхні, таким чином значно покращуючи властивості покриттів. В роботі показано доцільність суміщення процесів газотермічного напилення плазмових покриттів із їхнім подальшим дифузійним насиченням шляхом хіміко-термічної обробки хромуванням. Після хромування за температури 1100 °С і витримці протягом 3 год підвищується щільність покриття і значно зменшується кількість мікропорожнин в ньому, структура стає одноріднішою, підвищується щільність покриття. На поверхні утворюється хромове покриття товщиною 10 мкм, збільшується товщина дифузійно насиченого шару з рівномірнішим розподілом легувальних елементів по глибині. Вивчення триботехнічних властивостей досліджуваних покриттів показало значне покращення їхніх експлуатаційних характеристик за умов різного виду інтенсивного зношування.

The characteristic features of structure formation, physical and mechanical properties of composite steel plasma coatings have been studied. Ferritic steel 11Х18МВД was used as the material for coatings. Depending on the modes of gasthermal spraying a special porous coating structure is formed, which is one of their important characteristics. Under the optimal modes of steel 11X18MВД spraying the total porosity of the coating was 20…24 % and the maximum open porosity was 16…18 %. Usually the porosity plays a positive role, increasing the tribomechanical properties of the parts during their operation, especially in the lubrication medium. However, during the operation of tribotechnical coatings under conditions of abrasive wear, porosity can worsen the working characteristics of the parts, therefore under these conditions the additional heat treatment was applied to improve the operational properties of plasma coatings. It promoted a high adhesion and formation of the required composition and heterogeneous structure on the surface, thereby significantly improving the coating properties. The paper shows the expediency of combining the processes of gas-thermal spraying of plasma coatings with their subsequent diffusion saturation by means of chemical-heat treatment with chromium plating. After chromium plating at a temperature of 1100 °C and soaking during 3 h, the coating density increases and the number of micro voids in it decreases significantly, the structure becomes more uniform, the integrity of the coating increases. Chromium coating with the thickness of 10 µm is formed on the surface, the thickness of the diffusely saturated metal layer increases with a more uniform distribution of alloying elements along the depth. The study of the tribomechanical properties of the investigated coatings showed a significant improvement in their operational characteristics under conditions of various types of intensive wear.