Разработка и исследование композиционных покрытий на основе керамик для обеспечения высоких физико-механических и эксплуатационных свойств

Abstract

Объектом исследования являлись плазменные композиционные покрытия на основе оксида алюминия, модифицированного диффузионным легированием. Целью данной работы являлось исследование влияния выбора легирующих компонентов для модифицирования исходного керамического порошка на структуру и свойства плазменных покрытий на его основе. В процессе работы проведены экспериментальные работы по нанесению покрытий из композиционной керамики различного состава, выполнен анализ влияния режимов плазменного напыления на микротвердость и адгезиионную прочность полученных покрытий. Высокоразрешающими методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с микрорентгенспектральным анализом (МРСА), атомно-силовой микроскопии исследовали структуру газопламенных покрытий из модифицированных порошков Al2O3 по поперечным шлифам. Методом рентгенофазового анализа (РФА) с применением рентгеновского дифрактометра «ДРОН-3» и программы «SPLIT LINE» исследовали фазовый состав модифицированных порошков и покрытий из них. Провели исследование износостойкости и коэффициентов трения плазменных керамических покрытий. В результате проведенных исследований установлено влияние содержания легирующих элементов в модифицированных композиционных порошках на структуру, фазовый состав и свойства плазменных покрытий на их основе. Получены изображения внутренней структуры композиционных покрытий. Выполнен анализ влияния режимов плазменного напыления на микротвердость и адгезиионную прочность покрытий. Исследования микротвердости образцов с покрытиями различного состава позволили установить, что в исследуемом диапазоне с увеличением количества легирующего элемента (Мо и В), микротвердость уменьшается соответственно на 20 и 30% по сравнению с керамикой Al2O3. При увеличении количества легирующего элемента до 15 %, микро-твердость снижается в 1,6 раза. Обратное влияние оказывает увеличение количества легирующего элемента на адгезию покрытия с основой, которая увеличивается в 1,5 раза до 26-27 МПа, что объясняется образованием более прочной химической связи, так как молибден имеет большее сродство с материалом основы, а бор непосредственно вступает во взаимодействие со сталью с образованием фазы Fе3В. Исследование трибологических характеристик покрытий из модифицированной керамики показало, что величина износа легированных покрытий меньше величины износа покрытий из оксида алюминия. Коэффициенты трения покрытий Al2O3-Mo и Al2O3-B примерно в 2-2,2 раза меньше коэффициента трения покрытия из Al2O3, не прошедшего диффузионное легирование. Особый интерес представляют композиции Al2O3-Mo (6-8%) и Al2O3-B (8-10%), имеющие при невысоком коэффициенте трения наименьшую интенсивность изнашивания. Причем коэффициент трения данных композиций в меньшей степени зависит от увеличения контактного давления в паре трения.