Особенности структуры плазменно-дуговых покрытий, полученных при использовании порошковых проволок со стальной оболочкой и наполнителем из В₄С и нанопорошка ZrO₂

Abstract

Исследованы особенности структуры покрытий, полученных высокоскоростным плазменно-дуговым напылением из проволоки со стальной оболочкой и порошковым наполнением B₄C с добавкой наноразмерного порошка ZrO₂. На стальной подложке из низкоуглеродистой стали были получены покрытия с низкой пористостью (около 1 %), ламелярной структурой и высокой твердостью. Проанализированы процессы взаимодействия, происходящие при плазменно-дуговом напылении между оболочкой, которая составляет 90 мас. % проволоки, и наполнителем. Ферритная матрица покрытия легирована бором и углеродом, содержит аморфную фазу. Она упрочнена дисперсными карбидными, борокарбидными и оксидными частицами. Добавка 0,5 % нанопорошка ZrO₂ способствует измельчению структуры покрытий с образованием дисперсных борокарбидов Fe₃(B,С), Fe(B,С)₂, оксидов железа FeO, и бора B₃O₅. Микротвердость покрытий достигает 6,86 ГПа, что в 4 раза больше микротвердости ферритной оболочки. Покрытия данного класса могут применяться как износостойкие для защиты от газоабразивного износа оборудования в химическом машиностроении, при производстве деталей насосов, компрессоров и других изделий, а также восстановления изношенных деталей.

Досліджено особливості структури покриттів, отриманих високошвидкісним плазмово-дуговим напиленням з дроту зі сталевою оболонкою та порошковим наповненням B₄C з добавкою нанорозмірного порошку ZrO₂. На сталевій підкладці із низьковуглецевої сталі були отримані покриття з низькою пористістю (близько 1 %), ламелярною структурою та високою твердістю. Проаналізовано процеси взаємодії, що відбуваються при плазмово-дуговому напиленні між оболонкою, яка становить 90 мас. % дроту, і наповнювачем. Феритна матриця покриття легована бором і вуглецем, містить аморфну фазу. Вона зміцнена дисперсними карбідними, борокарбідними та оксидними частинками. Добавка 0,5 % нанопорошку ZrO₂ сприяє подрібненню структури покриттів з утворенням дисперсних борокарбідів Fe₃(B,С), Fe(B,С)₂, оксидів заліза FeO, і бору B₃O₅. Мікротвердість покриттів досягає 6,86 ГПа, що в 4 рази більше мікротвердості феритної оболонки. Покриття даного класу можуть застосовуватися як зносостійкі для захисту від газоабразивного зношування обладнання в хімічному машинобудуванні, при виробництві деталей насосів, компресорів та інших виробів, а також відновлення зношених деталей.

Features of the structure of coatings made by high-speed plasma-arc spraying of wire with a steel sheath and B₄C powder filler with addition of nanosized ZrO₂ powder were studied. Coatings with low porosity (about 1%), lamellar structure and high hardness were produced on a low-carbon steel substrate. Processes of interaction, running in plasma-arc spraying between the sheath, making up 90 wt.% of the wire, and the filler, were analyzed. Ferrite matrix of the coating is alloyed with boron and carbon, and contains an amorphous phase. It is strengthened by dispersed carbide, borocarbide and oxide particles. Addition of 0.5% of ZrO₂ nanopowder promotes refinement of the coating structure with formation of dispersed borocarbides Fe₃(B,С), Fe(B,С)₂, and oxides of iron FeO and boron B₃O₅. Coating microhardness reaches 6.86 GPa that is 4 times greater than that of the ferrite sheath. Coatings of this class can be applied as wear-resistant ones for protection of equipment from gas-abrasive wear in chemical engineering, in manufacturing parts of pumps, compressors and other items, as well as reconditioning worn parts.