Формування металокерамічних плазмових покриттів з додаванням гідроксиду алюмінію

Abstract

Газотермічне напилення за рахунок незначного нагрівання, мінімізації теплових деформацій та відсутності структурних змін в поверхневому шарі деталі дозволяє ефективно формувати захисні композиційні покриття різноманітних складів. Одним з найперспективніших вважаються покриття з оксидом алюмінію, що характеризується високою твердістю, термостійкістю, хімічною інертністю та високими теплозахисними та електроізоляційними властивостями. Серед інших газотермічних методів плазмове напилення є найуніверсальнішим та ефективнішим. У роботі за рахунок комбінації дротяного (дріт марки ER5356 ) плазмового напилення з одночасною подачею порошкового матеріалу сформовано композиційне покриття, що складається с алюмінієвої матриці та частинок гідроксиду алюмінію. Показано, що мікроструктура покриття має характерну лускату будову з пористістю близько 15 %. Мікротвердість алюмінієвої матриці становить 0,32 ГПа. Частинки гідроксиду алюмінію та продуктів його розкладу частково викришуються під час підготовки мікрошліфів, що пояснюється формуванням конгломератів та недостатнім змочуванням їх частинками алюмінію в процесі формування покриття. Встановлено, що під час напилення спостерігається активне виділення водяної пари внаслідок процесу термічної дегідратації гідроксиду алюмінію у плазмовому струмені. Подальше формування оксидної кераміки у структурі покриття пропонується за рахунок проведення термічної обробки за температури 900 °С протягом 2 годин. Металографічний аналіз зразків показав формування на місці гідроксиду алюмінію часток оксиду алюмінію різного фазового складу з мікротвердістю 5,2…7,2 ГПа. Зазначено значне зменшення кількості металевої світлої фази порівняно зі станом після напилення, що пояснюється окисленням алюмінію продуктами розкладання гідроксиду алюмінію у процесі термічної обробки. Границя поділу «покриття–основа» характеризується наявністю дифузійної зони глибиною близько 80 мкм. За допомогою рентгенофазового аналізу встановлено, що покриття після термічної обробки містить: 52,2 % корунду (α-Al2O3), 4,5 % γ-Al2O3, 28,2 % алюмінію, 13,7 % заліза, 1,5 % кремнію.

Thermal spraying due to slight heating, minimizing thermal deformation and the absence of structural changes in the surface of the products allows to effectively form protective composite coatings of various compositions. One of the most promising is the coating with aluminum oxide, which is characterized by high hardness, heat resistance, chemical inertia and high thermal protection and electrical insulation properties. Among other thermal spraying methods, plasma spraying is the most versatile and effective. As a result of the combination of wire (wire brand ER5356) plasma spraying with simultaneous supply of powder material, a composite coating consisting of an aluminum matrix and particles of aluminum hydroxide was formed. It is shown that the microstructure of the coating has a characteristic lamellar structure with a porosity of about 15 %. The microhardness of the aluminum matrix is 0,32 GPa. The particles of aluminum hydroxide and its decomposition products are partially exposed in the preparation of cross-sections, which is explained by the formation of conglomerates and insufficient wetting of aluminum particles in the formation of the coating. It is established that during the spraying active release of water vapor due to the process of thermal dehydration of aluminum hydroxide is observed. Further formation of oxide ceramics in the coating structure is proposed by the heat treatment at 900 °C for 2 hours. Metallographic analysis of samples showed the formation of aluminum particles at the site of aluminum hydroxide (α and γ) with a microhardness of 5,2… 7,2 GPa. Significant decrease in the amount of metal light phase compared to the condition after spraying is noted, which is explained by the oxidation of aluminum by the products of decomposition of aluminum hydroxide in the process of heat treatment. The boundary of the "coating-substrate" separation is characterized by the presence of a diffusion zone with a depth of about 80 microns. X -ray analysis determined that the coating after heat treatment contains: 52,2 % of corundum (α-Al2O3), 4,5 % γ-Al2O3, 28,2 % aluminum, 13,7 % of iron, 1,5 % silicon.