Модификация плазмонапыленного оксидного покрытия на титановом сплаве ВТ16 и последующим микродуговым оксидированием

Кошуро В. А., Нечаев Г. Г., Лясникова А. В.

Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина

МОДИФИКАЦИЯ ПЛАЗМОНАПЫЛЕННОГО ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ТИТАНОВОМ

СПЛАВЕ ВТ16 И ПОСЛЕДУЮЩИМ МИКРОДУГОВЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ

Аннотация: В ходе исследований изучены морфология, структура и микротвердость оксидного покрытия, полученного в результате электроплазменного напыления оксида алюминия на конструкционный титановый сплав ВТ16 и последующего микродугового оксидирования. Установлено, что структура напыленного электрокорунда после микродугового оксидирования изменяется: покрытие становится более плотным, гомогенной.

Ключевые слова: оксидное покрытие, электроплазменное напыление, микродуговое оксидирование

Modification of plasma-sprayed oxide coatings on titanium alloy VT16 and subsequent Microarc

oxidation

Koshuro V. A., Nechaev G. G., Lyasnikova A. V.

The Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Abstract: In the course of the research studied the morphology, structure and microhardness oxide coating obtained by electroplasma deposition of aluminium oxide on structural titanium alloy VT16 and subsequent microarc oxidation. It is established that the structure of the deposited electrocorundum after microarc oxidation changes: floor becomes more dense, homogeneous

Key words: functional coverings, microarc oxygenating, plasma spraying.

В промышленности и приборостроении находят применение такие способы формирования функциональных покрытий на различных металлах как электроплазменное напыление (ЭПН) и микродуговое оксидировании (МДО).

Метод ЭПН позволяет наносить различные материалы с широким спектром свойств, зависящих от режимов процесса напыления. Известны теоретические и экспериментальные исследования по изучению характеристик оксида алюминия, нанесенного на металлическую основу методом ЭПН [1, с. 267; 2, с. 49]. Существенными недостатками плазмонапыленных керамических покрытий являются: низкая плотность, неоднородность структуры и фазового состава напыленного материала, которые обуславливают гетерогенность физико-меха-нических характеристик покрытия, низкие значения адгезионной и когезионной прочности, износостойкости, выражающиеся в отслаивание материала после нанесения и в процессе эксплуатации изделия, и низкой износостойкости.

В последнее время интенсивно ведутся работы по повышению физико-механических свойств плазмонапыленных керамических покрытий путем плакирования порошков наносимых материалов (А1203, Zr02, Ti02, Si02) легирующими элементами (Mo, Nb, Ti, Al) или последующей обработкой: высокоэнергетическим воздействием концентрированными источниками энергии; управляемой интенсивной пластической деформацией; дисперсионным твердением при термической обработке [1, с. 267].

Широко используется комбинированная технология, состоящая из ЭПН оксида алюминия и последующего лазерного оплавления, с целью получения износостойких металлокерамических покрытий для узлов трибосопряжений [2, с. 49]. Недостатком комбинированной технологии является технологическая сложность и длительность процесса.

В настоящее время для получения оксидных пленок на вентильных материалах применяется технология микродугового оксидирования (МДО). Отличительной чертой процесса формирования покрытий методом МДО является наличие множества микродуговых разрядов в среде электролита, пробивающих формируемую оксидную пленку, вызывающих ее плавление, перекристаллизацию, оказывающих термическое воздействие на материал основы, а также значительная продолжительность процесса (до 80 min) [3, с. 18].

На основании литературных данных о воздействии микродуговых разрядов на покрытие и материал основы можно предположить, что проведение процесса МДО после ЭПН оксида алюминия на подложку из титанового сплава ВТ16 (распространенный титановый сплав

с а + ß структурой, легко обрабатываемый) (ГОСТ 26492-85) приведет к повышению значений механических характеристик покрытия.

Целью представленной работы является исследование структуры и микротвердости покрытия полученного по предлагаемой комбинированной технологии.

Исследовались образцы, представляющие собой цилиндры диаметром 6.5 мм и высотой 1.5 мм из титанового сплава ВТ16, с покрытием, нанесенным на торцевые поверхности методом ЭПН порошка электрокорунда, марки 25AF230 дисперсностью 50-100 мкм, с дистанции 120 мм, на установке ВРЕС 744.3227.001, с последующим МДО на экспериментальном стенде МДО-1 в анодном режиме при постоянной плотности тока j = 103 А/м2, в течение 20 мин в электролите, содержащем 3 г/л NaOH.

Исследование морфологии поверхности осуществлялось методом растровой электронной микроскопии (РЭМ), с использованием электронного микроскопа MIRA II LMU.

Структура покрытия исследовалась на поперечных шлифах с использованием металлографического микроскопа МИМ-8. Микротвердость покрытий определялась с использованием твердомера ИУ8-1000В с видеоизмерительной системой SP-5. При этом использовалась нагрузка на индентор Виккерса равная 1.96 Н при выдержке15 секунд

Поверхность покрытия, сформированного ЭПН оксида алюминия, с последующим МДО, имеет развитую морфологию, образованную оплавленными и деформированными частицами ЭПН Л1203, со следами воздействия микродуговых разрядов в виде кратеров (рис. 1).

Рис. 1. РЭМ-изображение поверхности комбинированного покрытия

Структура ЭПН покрытия является неоднородной, наблюдаются не проплавленные в процессе ЭПН частицы оксида алюминия, между которыми различимы пустоты, т. е. закрытые поры (рис. 2.1). После МДО образцов с покрытием, предварительно сформированным ЭПН Л1203, структура изменилась: отсутствуют отдельные крупные частицы ЭПН оксида алюминия, уменьшилось количество пор и пустот

(рис. 2.2).

145 ит 145 цт

I 2

Рис. 2. Фотографии микрошлифов образцов из титана ВТ16 после ЭПН оксида алюминия

Установлено изменение микротвердости поверхности образцов с ЭПН оксидом алюминия после МДО. Результаты измерения представлены в Таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерений микротвердости покрытий

Материал образца Тип покрытия Нагрузка на индентор, Н Среднее значение микротвердости, НУ

ВТ 16 - 1.96 421±107

ЭПН 1.96 853 ± 153

ЭПН+МДО 1.96 1779.53 ± 800

Согласно проведенным исследованиям микротвердость ЭПН покрытия после МДО значительно увеличивается, за счет воздействия, оказываемого на ЭПН оксид алюминия микродуговыми разрядами.

Согласно проведенным исследованиям образцов с ЭПН, ЭПН и последующим МДО можно сделать следующие выводы:

- После микродугового оксидирования изменяется структура оксида алюминия, нанесенного на поверхность образца из титанового сплава методом ЭПН (Рис. 2.2).

- Согласно результатам исследования микротвердости: покрытие полученное методом ПН оксида алюминия с последующим МДО, по своим свойствам превосходит слои материала, нанесенные способом ЭПН и оксидные пленки, полученные МДО на тех же режимах.

Список литературы

1. Смирнов И. В. Структура и коррозионная стойкость плазменных покрытий при напылении керамических плакированных порошков / И. В. Смирнов, А. В. Черный, Н. А. Белоусова // Вестник НТУУ «КПИ», 2010. № 60. - 271 с.

2. Оковитый В. А. Модификация плазменных износостойких покрытий импульсным лазером / В. А. Оковитый, Ф. И. Пантелеенко, А. И. Шевцов, О. Г. Девойно, А. Ф. Пантелеенко, В. В. Оковитый // Вестник Брестского государственного технического университета, 2009. - № 4. - 200 с.

3. Кошуро В. А. влияние плазменных процессов формирования покрытий на механические характеристики изделий из титановых сплавов / В. А. Кошуро, Г. Г. Нечаев, А. В. Лясникова // Упрочняющие технология и покрытия, 2013. - № 10. - 50 с.