Формування композиційних металокерамічних та металокарбідних електродугових покриттів

Abstract

У роботі досліджено можливість формування композиційних металокерамічних (Св-08Г2С-О–Al2O3) та металокарбідних (Св-08Г2С-О–TiC) електродугових покриттів із застосуванням зміцнювальної фази у вигляді частинок порошку. Для цього застосовували модернізований ковпак розпилювальної голівки металізатора ЕМ-14М, що оснащений вузлом безперебійної подачі порошку. Отримано лабораторну партію зразків на різних технологічних режимах напилення. За допомогою растрового електронного мікроскопу досліджено мікроструктуру сформованих покриттів. Встановлено, що композиційні покриття характеризуються лускатою будовою та мають досить низьку пористість від 8 до 12% (залежно від режиму напилення та вмісту зміцнювальної фази), у структурі добре диференціюються частинки різних фаз за їх відтінком. Ідентифікацію фаз проведено за показниками їх мікротвердості. Встановлено, що мікротвердість металевої матриці (Св-08Г2С-О) складає 1,8 ГПа, керамічних частинок Al2O3– 17,1 ГПа, частинок TiC – 31,0 ГПа. Досліджено вплив технологічних параметрів напилення, а саме: сили струму, напругу на дузі та витрати порошку на вміст зміцнювальної фази у структурі вказаних композиційних електродугових покриттів. Встановлено, що при використанні максимальних значень технологічних параметрів (сила струму 160 А, напруга 35 В і витрати порошку 35 г/хв), забезпечується отримання максимальної кількості зміцнювальної фази у покриттях:10,3 % Al2O3 в металокерамічних та 25,6% TiC у металокарбідних. Значно більший вміст TiC у порівнянні зі вмістом Al2O3 у відповідних композиційних покриттях пояснюється вищою густиною карбіду та, як наслідок, підвищеною швидкістю даних частинок у високотемпературному гетерофазному струмені, а також кращою його змочуваністю рідким металом. Проведено експериментальні дослідження впливу вмісту зміцнювальної фази у композиційних покриттях на їх міцність зчеплення з основою. Показано, що максимальне значення міцності зчеплення металокерамічних покриттів складає 30 МПа та відповідає вмісту Al2O3 на рівні 8,7%. Щодо металокарбідних покриттів, то максимальне значення міцності зчеплення 32 МПа отримали при вмісті карбідної фази 18,4%. При цьому міцність зчеплення з основою покриття отриманого з дроту Св-08Г2С-О становить 26 МПа. Підвищення вказаної характеристики для композиційних покриттів пояснюється додатковою активацією напилюваної поверхні нерозплавленими твердими частинками Al2O3 та TiC. Показано, що міцність зчеплення зменшується при підвищенні вмісту Al2O3 до 10,3%, аTiC до 25,2%, що пояснюється значним зниженням фактичної площі контакту покриття з основою.

The paper studies the possibility of forming composite metal-ceramic (Sv-08G2S-О-Al2O3) and metal-carbide (Sv-08G2S-О-TiC) electric arc sprayed coatings using a hardening phase in the form of powder particles in a free form. For this, a modernized cap of the spray head of an EM-14M electric arc spray gun was used, equipped with a unit for continuous powder feed supply. A laboratory batch of samples was obtained in various technological modes of spraying. Microstructures of the deposited coatings are investigated using a scanning electron microscope. It has been established that composite coatings are characterized by a lamellar structure and a rather low porosity from 8 to 12% (depending on the deposition mode and the hardening phase content), and phase particles of different shades are well differentiated in the structure. The phases were identified by their microhardness indicators. It has been established that the microhardness of the metal matrix (Sv-08G2S-О) is 1.88GPa, ceramic Al2O3 particles - 17.1GPa, TiC particles- 31GPa. The influence of the technological parameters of spraying, namely: current, voltage and powder consumption on the content of the hardening phase in the structure of the composite electric arc coatings has been investigated. It was found that when using the maximum values of technological parameters (current 160A, voltage 35V and powder consumption 35 g/min), the maximum content of the hardening phase in the coatings is obtained: 10.3% Al2O3 in metal-ceramic and 25.6% TiC in metal-carbide. The significantly higher maximum TiC content in comparison with the Al2O3 content in composite coatings is explained by the high density of carbide and, as a consequence, the increased velocity of these particles in the high-temperature heterophase jet. Experimental studies of the influence of the content of the strengthening phase in composite coatings on their bond strength to the substrate have been carried out. It isshown that the maximum value of the bond strength of metal-ceramic coatings is 30 MPa and corresponds to the Al2O3content of 8.7%. As for metal-carbide coatings, the maximum bond strength value of 32 MPa was obtained with a carbide phase content of 18.4%. At the same time, the bond strength of the convention coating sprayed of Sv-08G2S-Оwire is 26 MPa. An increase in this characteristic for composite coatings is explained by the additional activation of the sprayed surface by unmelted solid particles of Al2O3and TiC. It is shown that the decrease in bond strength with an increase in Al2O3 content to 10.3%, and TiC to 25.2% is explained by a significant decrease in the actual contact area of the coating with the substrate.