Плазменные алюмокерамические покрытия
Разработаны плазменные алюмокерамические покрытия, получаемые при напылении композиционных порошков (смесь алюминия с титаном железа). Установлено, что в процессе плазменного напыления формируется покрытие с образованием включений интерметаллидов с микротвердостью ≈11000 МПа. Максимальной прочностью...
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102686 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Плазменные алюмокерамические покрытия / Ю.С. Борисов, В.Ф. Гольник, З.Г. Ипатова, И.В. Миц, А.Г. Сааков, В.А. Сааков // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 26-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102686 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1026862016-06-13T03:04:35Z Плазменные алюмокерамические покрытия Борисов, Ю.С. Гольник, В.Ф. Ипатова, З.Г. Миц, И.В. Сааков, А.Г. Сааков, В.А. Научно-технический раздел Разработаны плазменные алюмокерамические покрытия, получаемые при напылении композиционных порошков (смесь алюминия с титаном железа). Установлено, что в процессе плазменного напыления формируется покрытие с образованием включений интерметаллидов с микротвердостью ≈11000 МПа. Максимальной прочностью сцепления (45…50 МПа) обладает алюмокерамическое покрытие из композиционных порошков с 35…45, наибольшей стойкостью к газоабразивному износу — с 25 мас. % FeO⋅TiO₂ (при всех углах атаки абразива). Плотность тока коррозии покрытия из композиционных порошков с 45 мас. % FeO⋅TiO₂ в морской воде минимальна (4,0⋅10⁻⁷ А/см²). Износ при трении скольжения в 10 раз ниже для трибопары (сталь 30ХГСА+покрытие) с 45 мас. % FeO⋅TiO₂. Aluminoceramic plasma coatings produced by spraying composite powders (mixture of aluminium and iron titanium) have been developed. The plasma spraying process provides a coating containing intermetallic inclusions with microhardness of about 11000 MPa. Aluminoceramic coating of composite powders with 35...45 wt. % FeO⋅TiO₂ has a maximal adhesion strength (45...50 MPa), and that with 25 wt. % FeO⋅TiO₂ has the highest resistance to gas-abrasive wear (at all attack angles). Corrosion current density of a coating of the composite powder with 45 wt. % FeO⋅TiO₂ in sea water is minimal (4.0⋅10⁻⁷ A/cm²). Wear in sliding friction is 10 times lower for a friction pair (steel 30KhGSA + coating) with 45 wt. % FeO⋅TiO₂. 2006 Article Плазменные алюмокерамические покрытия / Ю.С. Борисов, В.Ф. Гольник, З.Г. Ипатова, И.В. Миц, А.Г. Сааков, В.А. Сааков // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 26-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102686 621.791.755:669.715 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Борисов, Ю.С. Гольник, В.Ф. Ипатова, З.Г. Миц, И.В. Сааков, А.Г. Сааков, В.А. Плазменные алюмокерамические покрытия Автоматическая сварка |
| description |
Разработаны плазменные алюмокерамические покрытия, получаемые при напылении композиционных порошков (смесь алюминия с титаном железа). Установлено, что в процессе плазменного напыления формируется покрытие с образованием включений интерметаллидов с микротвердостью ≈11000 МПа. Максимальной прочностью сцепления (45…50 МПа) обладает алюмокерамическое покрытие из композиционных порошков с 35…45, наибольшей стойкостью к газоабразивному износу — с 25 мас. % FeO⋅TiO₂ (при всех углах атаки абразива). Плотность тока коррозии покрытия из композиционных порошков с 45 мас. % FeO⋅TiO₂ в морской воде минимальна (4,0⋅10⁻⁷ А/см²). Износ при трении скольжения в 10 раз ниже для трибопары (сталь 30ХГСА+покрытие) с 45 мас. % FeO⋅TiO₂. |
| format |
Article |
| author |
Борисов, Ю.С. Гольник, В.Ф. Ипатова, З.Г. Миц, И.В. Сааков, А.Г. Сааков, В.А. |
| author_facet |
Борисов, Ю.С. Гольник, В.Ф. Ипатова, З.Г. Миц, И.В. Сааков, А.Г. Сааков, В.А. |
| author_sort |
Борисов, Ю.С. |
| title |
Плазменные алюмокерамические покрытия |
| title_short |
Плазменные алюмокерамические покрытия |
| title_full |
Плазменные алюмокерамические покрытия |
| title_fullStr |
Плазменные алюмокерамические покрытия |
| title_full_unstemmed |
Плазменные алюмокерамические покрытия |
| title_sort |
плазменные алюмокерамические покрытия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102686 |
| citation_txt |
Плазменные алюмокерамические покрытия / Ю.С. Борисов, В.Ф. Гольник, З.Г. Ипатова, И.В. Миц, А.Г. Сааков, В.А. Сааков // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 26-30. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT borisovûs plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ AT golʹnikvf plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ AT ipatovazg plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ AT miciv plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ AT saakovag plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ AT saakovva plazmennyealûmokeramičeskiepokrytiâ |
| first_indexed |
2025-07-07T12:41:30Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:41:30Z |
| _version_ |
1836992002629042176 |
| fulltext |
УДК 621.791.755:669.715
ПЛАЗМЕННЫЕ АЛЮМОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Ю. С. БОРИСОВ, д-р техн. наук, В. Ф. ГОЛЬНИК, канд. хим. наук, З. Г. ИПАТОВА, И. В. МИЦ, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
А. Г. СААКОВ, канд. техн. наук, В. А. СААКОВ, инж. (НПП «ТОПАС», г. Киев)
Разработаны плазменные алюмокерамические покрытия, получаемые при напылении композиционных порошков
(смесь алюминия с титаном железа). Установлено, что в процессе плазменного напыления формируется покрытие с
образованием включений интерметаллидов с микротвердостью ≈11000 МПа. Максимальной прочностью сцепления
(45…50 МПа) обладает алюмокерамическое покрытие из композиционных порошков с 35…45, наибольшей стойкостью
к газоабразивному износу — с 25 мас. % FeO⋅TiO2 (при всех углах атаки абразива). Плотность тока коррозии покрытия
из композиционных порошков с 45 мас. % FeO⋅TiO2 в морской воде минимальна (4,0⋅10–7 А/см2). Износ при трении
скольжения в 10 раз ниже для трибопары (сталь 30ХГСА+покрытие) с 45 мас. % FeO⋅TiO2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменное напыление, алюмокера-
мические покрытия, композиционные порошки, экзотерми-
ческое взаимодействие, ДТА, структура покрытий, проч-
ность сцепления, газоабразивный износ, коррозионная стой-
кость, износостойкость, защита трубопроводов
В последние годы широкое распространение по-
лучили газотермические покрытия на основе алю-
миния и его сплавов. Применение последних для
нанесения антикоррозионных покрытий объясня-
ется низкой температурой плавления алюминия,
устойчивостью в различных агрессивных средах
и более низким, чем у стали, электрохимическим
потенциалом [1]. Высокие антикоррозионные ха-
рактеристики алюминиевых покрытий обеспечи-
вают их долговременную стойкость в атмосфере
промышленных городов и поселков, морской во-
де, железобетонных конструкциях и др. [2]. Од-
нако характерной особенностью таких покрытий
является их низкая стойкость против истирания.
Для повышения износостойкости в работе [3] опи-
сано использование смеси алюминия с оксидом
алюминия.
В настоящей работе рассмотрены компози-
ционные порошки (КП) алюминия и FeO⋅TiO2, от-
работана плазменная технология их напыления;
проведен комплекс исследований свойств покры-
тий (прочность сцепления, газоабразивный износ,
коррозионная стойкость в морской воде и изно-
состойкость в условиях трения скольжения), ко-
торые сопоставлены с плазменным покрытием из
чистого алюминия.
В качестве материалов для напыления выбраны
КП алюминия с 10, 15, 25, 35 и 45 мас. % FeO⋅TiO2.
Выбор FeO⋅TiO2 обусловлен тем, что при реакции
его взаимодействия с алюминием выделяется теп-
лота. Сама реакция может протекать в режиме
самораспространяющегося высокотемпературно-
го синтеза. Выделение этого дополнительного теп-
ла в процессе формирования покрытия является
положительным моментом, влияющим на его
плотность и прочность сцепления с основой.
При взаимодействии алюминия с FeO⋅TiO2 мо-
гут образовываться интерметаллиды в соответс-
твии с диаграммой состояния систем Fe–Al, Fe–Ti,
Ti–Al.
По диаграмме состояния системы железо–алю-
миний установлено наличие следующих интерме-
таллидов: Fe3Al; FeAl; FeAl2; Fe2Al5 и FeAl3, сис-
темы алюминий–титан — Ti3Al; TiAl и TiAl3, же-
лезо–титан — Fe2Ti и FeTi [4].
C целью сравнения КП из продуктов взаимо-
действия в системе Al–FeО⋅TiO2 с напыленным
покрытием из чистого алюминия выполнен тер-
модинамический анализ, основной задачей кото-
рого являлась оценка адиабатического подъема
температуры в результате экзотермического эф-
фекта процесса взаимодействия. Учитывая, что та-
кие смеси на начальных концентрациях FeO⋅TiO2
содержат избыток алюминия, в качестве базовой
реакции взаимодействия выбрана следующая:
FeO⋅TiO2 + Al → Al2O3 + FeAl3 + TiAl3 + Al, (1)
или при стехиометрическом соотношении Fe⋅TiO2
и Al:
FeO⋅TiO2 + 8Al = Al2O3 + FeAl3 + TiAl3. (2)
Из массовых соотношений компонентов по ре-
акции (2) следует балансовое соотношение мас-
сового содержания исходных компонентов и про-
дуктов реакции:
1гFeO⋅TiO2 + 1,42гAl =
= 0,67гAl2O3 + 0,9гFeAl3 + 0,85гTiAl3.
(3)
На рис. 1 показано изменение состава продукта
этого взаимодействия в зависимости от содержа-
© Ю. С. Борисов, В. Ф. Гольник, З. Г. Ипатова, И. В. Миц, А. Г. Сааков, В. А. Сааков, 2006
26 7/2006
ния FeO⋅TiO2 в исходной смеси. При достижении
концентрации 41,3 мас. % FeO⋅TiO2 остаточный
алюминий в продукте реакции исчезает.
Для расчета экзотермичности реакции исполь-
зовали следующие значения теплоты образования
соединений, кДж/моль [5]
FeO⋅TiO2 – 1237,3; Al2O3 – 1575,5;
FeAl3– 111,5; TiAl3 – 142.
Исходя из этих данных, экзотермический эф-
фект реакции (2) составляет
Qэкз = 1575,5 + 111,5 + 142 – 1237,3 =
= 591,7 кДж
моль FeO⋅TiО2
или 3,9⋅103 кДж
кг FeO⋅TiО2
. (4)
Для оценки адиабатического подъема темпе-
ратуры ∆Tад в качестве теплоемкости Cр исполь-
зовали приближение Келли [6], т. е. 26,5n
Дж/(моль⋅К), где n — число атомов в молекуле.
Тогда теплоемкость отдельных продуктов реакции
(кДж
кг⋅К
) составит 0,981 (для Al); 1,299 (Al2O3); 0,775
(FeAl3); 0,822 (TiAl3).
Учитывая массовые соотношения компонентов
в продуктах взаимодействия, согласно (3) полу-
чаем, что в результате введения 10 г FeO⋅TiO2 в
смесь образуется 24,2 г продуктов реакции со сле-
дующей теплоемкостью:
Cр = 6,7⋅1,299 + 9⋅0,775 + 8,5⋅0,822 = 22,66 кДж/(кг⋅К).(5)
Остаточный алюминий в количестве 100–2,42m
(где m — содержание FeO⋅TiO2 в смеси, мас. %)
имеет теплоемкость
Cр = 0,981⋅(100 – 2,42m) кДж/(кг⋅К). (6)
Тогда теплоемкость продуктов реакции равна
Cр = 2,266m + 0,981⋅(100 – 2,42m)
= 98,1 – 0,108 кДж/(кг⋅К). (7)
Исходя из полученных выражений для Qэкз и
Cр продуктов реакции, значение адиабатического
подъема температуры в результате процесса вза-
имодействия составляет
∆Tад =
Qэкз
Cp
= 3,9m⋅103
98,1 – 0,108m (K),
(8)
или
∆Tад = 40 мас. % FeO⋅TiO2 (К). (9)
Для исследования процесса взаимодействия
проведен дифференциально-термический анализ
(ДТА) трех составов смесей алюминия с 10, 25
и 45 мас. % FeO⋅TiO2 с использованием установки
ВДТА-8М в гелии при постоянной скорости наг-
рева (охлаждения) 80 °С/мин. Результаты ДТА
приведены на рис. 2 для состава с 45 мас. %
FeO⋅TiO2. При увеличении количества FeO⋅TiO2
до 45 мас. % интенсивное протекание экзотер-
мической реакции в смеси начинается при 800 °С.
КП изготавливали в шнековом механическом сме-
сителе СМ-1, в качестве связки использовали лак-
цапон марки НЦ-62.
Напыление покрытий осуществляли на уста-
новке плазменного напыления «Киев-7», исполь-
зуя в качестве плазмообразующего газа воздух и
смесь воздуха с 5 % пропан-бутана. Оптимизацию
технологического процесса напыления проводили
по коэффициенту использования материала (КИМ)
при переменных параметрах: расход плазмообра-
зующего газа, дистанции напыления, мощности
плазменной дуги. Установлено, что напыление
смесью воздуха с 5 % пропан-бутана по сравнению
с воздухом обеспечивает формирование более го-
могенных покрытий в результате выравнивания
профиля температур в радиальном сечении плаз-
менной струи. Оптимальные параметры процесса
плазменного напыления КП Al + FеО⋅TiO2 при ис-
пользовании смеси воздуха с 5 % пропан-бутана
приведены в табл. 1. Структуру покрытий иссле-
Рис. 1. Состав продуктов взаимодействия в смеси Al–
FeO⋅TiO2
Рис. 2. Термограмма смеси алюминия и 45 мас.% FeO⋅TiO2
7/2006 27
довали на оптическом микроскопе «Neophot-32»,
микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при
нагрузке 0,49 МПа. Травление спиртовым раст-
вором плавиковой кислоты выявляет границы зе-
рен металлической матрицы. Форма зерен преиму-
щественно ламелеобразная, мелкие зерна имеют в
основном округлую форму. Среднее значение мик-
ротвердости металлической матрицы около 420,
FeO⋅TiO2 5800, частиц интерметаллидов темно-се-
рого цвета 11000 МПа. Интерметаллид, обнаружен-
ный металлографическим анализом, представляет
собой, вероятно, FeAl3, микротвердость которого
близка этому значению [7].
При определении прочности сцепления плазмен-
ных покрытий с материалом основы из стали 45
использовали методику «отрыва конусного штиф-
та» [8]. Результаты исследований приведены в
табл. 2. Для сопоставления в таблице приведены
также результаты прочности сцепления покрытий,
полученных из механических смесей аналогичного
состава. Максимальную прочность сцепления с ма-
териалом основы имеет покрытие из КП, содер-
жащее 35…45 мас. % FeO⋅TiO2. Это может быть
обусловлено тем, что в процессе напыления экзо-
термическая реакция восстановления FeO⋅TiO2 алю-
минием протекает в большем объеме с повыше-
нием в исходной шихте содержания FeO⋅TiO2, что
приводит к повышению температуры частиц и,
как следствие, интенсифицирует процесс их вза-
имодействия с основой [9]. Следует также отме-
тить, что все исследованные покрытия по проч-
ности сцепления с материалом основы превосхо-
дят алюминиевое покрытие в 2 и более раз. Кроме
того, из данных таблицы следует, что покрытия
из механической смеси существенно уступают по
прочности сцепления покрытиям из КП того же
состава.
Испытания по определению износостойкости
покрытий в условиях газоабразивного износа про-
водили на центробежном ускорителе ЦУК-3М при
скорости вращения диска 6000 об/мин. В качестве
абразива использовали кварцевый песок фракции
менее 1 мм. Исследование износостойкости вы-
полняли при углах атаки абразива 15, 30, 60 и
90°. Износ определяли по потере массы покрытия.
Для сопоставления определяли износостойкость
алюминиевых покрытий, напыленных плазмен-
ным способом. Результаты испытаний представ-
лены на рис. 3. Там же приведен износ покрытий,
отнесенный к 1 кг абразива.
Установлено, что лучшую износостойкость
при всех углах атаки абразива имеет покрытие
из КП, содержащее 25 мас. % FeO⋅TiO2. Износ
такого покрытия при разных углах атаки меньше,
чем износ алюминиевого покрытия в 1,5…2,0 раза.
При увеличении угла атаки абразива (см. рис. 3)
износ всех исследованных покрытий уменьшает-
ся. Это может быть обусловлено тем, что пок-
рытия пластичны и не происходит выкрашивания
частиц при лобовом соударении абразива с пок-
рытием. Повышенная износостойкость покрытия
из КП с 25 мас. % FeO⋅TiO2 может быть связана
с тем, что в его структуре обнаружены включения
частиц темно-серого цвета с микротвердостью
около 11000 МПа. Наличие непрореагировавших
частиц подтверждается результатами металлогра-
фического анализа, где после напыления обнару-
жены частицы алюминия и FeO⋅TiO2.
Для изучения электрохимического поведения
и коррозионной стойкости покрытий в качестве
метода исследований выбран потенциостатичес-
кий [10]. Исследования проводили с помощью
электронного потенциостата П-5827М при ком-
натной температуре. Для сравнения использовали
хлоросеребряный электрод. Перед проведением
измерений образец с покрытием выдерживали в
морской воде в течение часа для достижения пос-
тоянного значения потенциала коррозии, который
измеряли при отсутствии поляризации покрытия.
По поляризационным кривым графическим мето-
дом определяли скорость коррозии, выраженную
Т а б л и ц а 1. Технологические параметры напыления покрытий
Состав КП Сила тока, А Напряжение, В Дистанция
напыления, мм Расход газа, м3/ч Расход
порошка, кг/ч КИМ
Al (10 % FeO⋅TiO2) 150 200 160 6,0 10,0 0,75
Al (15 % FeO⋅TiO2) 152 200 165 6,2 10,2 0,80
Al (25 % FeO⋅TiO2) 155 205 180 6,5 11,0 0,80
Al (35 % FeO⋅TiO2) 160 205 190 7,0 11,0 0,77
Al (45 % FeO⋅TiO2) 160 210 200 7,0 11,0 0,80
Т а б л и ц а 2. Прочность сцепления плазменных покры-
тий с материалом основы из стали 45
Состав КП
Прочность сцепления, МПа
композиционный
порошок
механическая
смесь
100 % Al 20...25 —
Al (10 % FeO⋅TiO2) 20...25 15...20
Al (15 % FeO⋅TiO2) 30...35 20...25
Al (25 % FeO⋅TiO2) 35...40 20...25
Al (35 % FeO⋅TiO2) 45...50 —
Al (45 % FeO⋅TiO2) 45...50 —
28 7/2006
в единицах тока и потенциал коррозии [11] каж-
дого вида покрытий путем экстраполяции тафе-
левских участков катодной и анодной поляриза-
ционных кривых до их взаимного пересечения.
Электрохимические характеристики покрытий в
морской воде приведены в табл. 3.
Скорость коррозии покрытий из КП с 35 и
45 мас. % FeO⋅TiO2 в морской воде наиболее низ-
кая, а покрытие из КП с 45 мас. % FeO⋅TiO2 по
коррозионной стойкости превосходит покрытие из
алюминия в 1,6 раза. Кроме того, покрытие из
КП с 35 мас. % FeO⋅TiO2 имеет более электро-
отрицательный потенциал в морской воде, чем
материал основы из Ст.3 (см. табл. 3) и это пок-
рытие по отношению к последнему является про-
тектором, т. е. электрохимически защищает сталь
от коррозии.
Исследование покрытий на износостойкость в
условиях трения скольжения проводили на ма-
шине трения УМТ-1 по схеме плоскость — плос-
кость в диапазоне нагрузок 2…4 МПа и скоростях
скольжения в интервале 0,1…1,0 м/с. Длина пути
трения при фиксированной нагрузке и скорости
составляла 500 м. В качестве контртела исполь-
зовали сталь 30ХГСА. Морскую воду подавали
в зону трения капельным методом (30 капель в
минуту). Через каждые 500 м проводили замер
массового износа покрытия и контртела. Антиф-
рикционные свойства покрытий оценивали по
коэффициенту трения трибопары. В результате ис-
пытаний установлено, что при увеличении про-
центного содержания в покрытии FeO⋅TiO2 уве-
личение удельной нагрузки и линейной скорости
сопровождается стабилизацией интенсивности
массового износа образца и уменьшением интен-
сивности массового износа контртела. Причем в
испытуемом диапазоне нагрузок и скоростей мак-
симальную износостойкость имеет алюминиевое
покрытие из КП из алюминия с 45 мас. % FeO⋅TiO2.
Коэффициент трения трибопары с этим покры-
тием находится в диапазоне 0,3…0,5.
Таким образом, на основании проведенных ис-
следований установлено, что алюмокерамические
покрытия при содержании в КП 25…45 мас. %
FeO⋅TiO2 по своим эксплуатационным характе-
ристикам превосходят алюминиевое покрытие.
Такие покрытия могут быть рекомендованы для
замены алюминиевых, что позволит путем фор-
мирования коррозионно-стойкого керметного
покрытия и частичной замены алюминия на не-
дорогой недефицитный FeO⋅TiO2 повысить экс-
плуатационные характеристики и снизить стои-
мость покрытий. Это, в свою очередь, увеличит
ресурс работы конструкций, деталей, узлов и ме-
ханизмов с плазменными алюмокерамическими
покрытиями, работающими в различных условиях
эксплуатации. Так, алюмокерамические покрытия
предназначены для защиты от износа и коррозии
конструкций из черных металлов различного наз-
начения, которые эксплуатируются в агрессивных
средах с pH 2…12 и растворах солей трубопро-
водов, резервуаров, корпусов судов, мостов и эс-
такад, портовых и других гидротехнических со-
оружений, нефтяных платформ и др. Алюмоке-
рамическое покрытие защищает от коррозии свар-
ные швы и повышает их сопротивление зарож-
дению коррозионно-усталостных трещин [12].
Практический опыт реализации технологии на-
несения алюмокерамических покрытий на пред-
приятии ОАО «АКОР» (Россия, г. Ульяновск)
накоплен НПП «ТОПАС». Выпускаемые ОАО
«АКОР» трубы диаметром 57…820 мм с алюмо-
керамическим покрытием и соединительные де-
тали к ним предназначены для строительства
тепловых сетей, инженерных коммуникаций и
других трубопроводов и не требуют дополнитель-
ной катодной защиты. Оценочная продолжитель-
ность срока службы трубопроводов с алюмокера-
мическим покрытием составляет не менее 30 лет.
Рис. 3. Зависимость массового износа I алюмокерамических
плазменных покрытий от угла атаки абразива: 1 — 100 % Al;
2 — Al (10 % FeO⋅TiO2); 3 — Al (15 % FeO⋅TiO2); 4 — Al
(25 % FeO⋅TiO2); 5 — Al (35 % FeO⋅TiO2); 6 — Al (45 %
FeO⋅TiO2)
Т а б л и ц а 3. Электрохимические характеристики пок-
рытий в морской воде
Состав КП Потенциал
коррозии, В
Скорость кор-
розии, А/см2
100 % Al –0,46 6,3⋅10–7
Al (10 % FeO⋅TiO2) –0,48 6,6⋅10–7
Al (15 % FeO⋅TiO2) –0,49 6,3⋅10–7
Al (25 % FeO⋅TiO2) –0,48 6,3⋅10–7
Al (35 % FeO⋅TiO2) –0,54 5,9⋅10–7
Al (45 % FeO⋅TiO2) –0,49 4,0⋅10–7
Ст. 3 (материал основы) –0,50 2,5⋅10–6
7/2006 29
Выводы
1. Взаимодействие между алюминием и FeO⋅TiO2
протекает с выделением тепла, пропорциональ-
ного количеству FeO⋅TiO2. Процесс взаимодейс-
твия может протекать в режиме самораспростра-
няющегося высокотемпературного синтеза.
2. На основании металлографического и мик-
родюрометрического анализа установлено, что
покрытие состоит из алюминиевой матрицы с
микротвердостью 420, FeO⋅TiO2 ≈ 5800 и, по всей
вероятности, интерметаллидов FeAl3 с микротвер-
достью 11000 МПа.
3. В результате исследования прочности сцеп-
ления покрытий с материалом основы установ-
лено, что максимальную прочность сцепления
(45…50 МПа) имеют алюминиевые покрытия из
КП, содержащие 35…45 мас. % FeO⋅TiO2, что в
2,0…2,5 раза выше прочности сцепления алюми-
ниевых покрытий.
4. Испытаниями на газоабразивный износ ус-
тановлено, что лучшую износостойкость при всех
углах атаки абразива имеет покрытие из КП, со-
держащее 25 мас. % FeO⋅TiO2. Износ этого пок-
рытия в 1,3…2,0 раза ниже, чем износ алюми-
ниевого покрытия.
5. При исследовании электрохимических ха-
рактеристик покрытий в морской воде установ-
лено, что скорость коррозии покрытия из КП алю-
миния с 45 мас. % FeO⋅TiO2 в 1,6 раза ниже ско-
рости коррозии алюминиевого и составляет
4,0⋅10–7 А/см2. Кроме того, покрытие из КП с
35 мас. % FeO⋅TiO2 является более электроотри-
цательным, чем материал основы из Ст.3 и может
в данной среде защищать сталь от коррозии элек-
трохимически.
6. Исследования плазменных покрытий на из-
нос в условиях трения скольжения показали, что
в рассматриваемом диапазоне нагрузок и скорос-
тей наиболее низкий износ наблюдается у три-
бопары (покрытие+сталь 30ХГСА) в случае ис-
пользования для напыления КП с 45 мас. %
FeO⋅TiO2. Износостойкость этой пары в 10 раз
превышает износостойкость алюминиевого пок-
рытия.
7. Установлено, что наилучшему сочетанию
свойств соответствует алюмокерамическое покры-
тие, полученное при напылении КП с 25…45 мас.
% FeO⋅TiO2.
8. Алюмокерамические покрытия могут быть
использованы в условиях совместного воздейс-
твия коррозии и износа, например для защиты
от износа и коррозии трубопроводов различного
назначения, а также гидротехнических сооруже-
ний, мостовых конструкций, нефтяных платформ
и других объектов.
1. Газотермические покрытия из порошковых материалов /
Ю. С. Борисов, Ю. А. Хармалов, С. Л. Сидоренко, Е. Н.
Ардатовская: Справочник. — Киев: Наук. думка, 1987.
— 544 с.
2. ГОСТ 9.304–87 (СТ СЭВ 4202-83). Покрытия газотерми-
ческие. Общие требования и методы контроля.
3. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. — М.: Ма-
шиностроение, 1985. — 240 с.
4. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов: В
2 т. — М.: ГНТИ литературы по черной и цветной метал-
лургии, 1962. — 1488 с.
5. Термодинамические свойства неорганических веществ /
У. Д. Верятин, В. П. Маширев, И. Г. Рябцев и др.:
Справочник. — М.: Атомиздат, 1965. — 460 с.
6. Кубашевский О., Эванс Э. Термохимия в металлургии.
— М.: Изд-во иностр. лит., 1954. — 421 с.
7. Синельникова В. С., Подергин В. А., Речкин В. Н. Алюми-
ниды. — Киев: Наук. думка, 1965. — 242 с.
8. Зверев А. И., Шаривкер С. Ю., Астахов Е. А. Детона-
ционное напыление покрытий. — Л.: Судостроение,
1979. — 232 с.
9. Газотермическое напыление композиционных порош-
ков / А. Я. Кулик, Ю. С. Борисов, А. С. Мнухин, М. Д.
Никитин. — Л.: Машиностроение, 1985. — 199 с.
10. Фрейман Л. И., Макаров В. А., Брыксин И. Е. Потенциос-
татические методы в коррозионных исследованиях и
электрохимической защите. — Л.: Химия, 1972. — 240 с.
11. Рейнгеверц М. Д., Семенюк З. Я. Компьютерная обработ-
ка поляризационных кривых для определения скорости
коррозии // Защита металлов. — 1982. — 18, № 5. —
С. 807–809.
12. Алюмокерамика защищает черные металлы / С. В. Пет-
ров, А. Г. Сааков, А. А. Сиротинский, В. А. Ковеленов //
Металлы. — 2000. — № 9. — С. 34–36.
Aluminoceramic plasma coatings produced by spraying composite powders (mixture of aluminium and iron titanium) have
been developed. The plasma spraying process provides a coating containing intermetallic inclusions with microhardness
of about 11000 MPa. Aluminoceramic coating of composite powders with 35...45 wt. % FeO⋅TiO2 has a maximal adhesion
strength (45...50 MPa), and that with 25 wt. % FeO⋅TiO2 has the highest resistance to gas-abrasive wear (at all attack
angles). Corrosion current density of a coating of the composite powder with 45 wt. % FeO⋅TiO2 in sea water is minimal
(4.0⋅10–7 A/cm2). Wear in sliding friction is 10 times lower for a friction pair (steel 30KhGSA + coating) with 45 wt. %
FeO⋅TiO2.
Поступила в редакцию 12.05.2005
30 7/2006
|