Принцип классификации структуры газотермического покрытия
2025-09-15
На практике, ввиду значительных различий в форме, размерах, материале, рабочей среде и условиях эксплуатации деталей, для получения подходящих характеристик покрытия требуется комплексная оптимизация всех аспектов технологии термического напыления. Особое внимание следует уделять сочетанию характеристик напыляемых материалов с характеристиками различных процессов термического напыления. Это включает в себя выбор напыляемых материалов, толщины покрытия, соответствующего оборудования для напыления и параметров процесса. Рациональность конструкции покрытия, как правило, определяется в ходе производственного контроля или полевых испытаний. При термическом напылении используемые структуры покрытия можно в целом разделить на следующие четыре типа:
1. Однослойная структура
Однослойная структура покрытия – это структура покрытия, при которой для достижения требуемых эксплуатационных характеристик на предварительно обработанную поверхность детали необходимо нанести только однокомпонентное покрытие. Этот тип покрытия широко применяется на практике и является одним из наиболее часто используемых типов термического напыления. Он обеспечивает подложке такие функции, как защита от коррозии, стойкость к высокотемпературному окислению, электропроводность, восстановление размеров и длительный срок службы. Все процессы термического напыления, включая традиционное газопламенное напыление, струйную сварку, дуговое напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление и плазменное напыление, позволяют получать однослойные покрытия с определенными свойствами.
2. Двухслойная структура
Двухслойное покрытие – это структура покрытия, сформированная путем двухэтапного напыления двух различных материалов на предварительно обработанную поверхность детали. Каждый слой выполняет свою функцию. Слой, прилегающий к подложке, обычно называется связующим подслоем, его основная функция заключается в повышении прочности связи между подложкой и покрытием. Внешний или поверхностный слой называется рабочим или верхним слоем, его основная функция заключается в обеспечении эксплуатационных характеристик детали. Этот тип структуры покрытия занимает большое место в практическом применении и является одним из наиболее часто используемых типов покрытий, наносимых методом газотермического напыления. Оба покрытия могут быть нанесены одним и тем же методом газотермического напыления, например, одним методом, например, традиционным газопламенным напылением, взрывным напылением или плазменным напылением, для нанесения двух покрытий по отдельности. В качестве альтернативы могут использоваться различные методы газотермического напыления, например, дуговое напыление связующего подслоя с последующим плазменным напылением рабочего слоя поверхности; или сверхзвуковое газопламенное напыление связующего подслоя с последующим плазменным напылением рабочего слоя поверхности. Такое сочетание является типичным для теплоизоляционных покрытий, используемых в авиационных двигателях.
3. Многослойная структура
Многослойные структуры – это покрытия с тремя или более слоями. Они нечасто используются на практике и используются только в особых условиях эксплуатации.
В некоторых многослойных структурах используются покрытия из нескольких компонентов для удовлетворения одного требования к эксплуатационным характеристикам. Например, для разработки долговечного толстого теплоизоляционного покрытия, подходящего для дизельных двигателей, Роберт и др. использовали трехслойную связующую подложку с очень близкими коэффициентами теплового расширения для снижения термических напряжений в покрытии. Поскольку коэффициенты теплового расширения материалов подложки 4140, NiCrAlY, FeCrAlY, FeCoNiCrAl и ZrO2-Y2O3 постепенно изменяются, разница в тепловом расширении покрытия ZrO2-Y2O3 и подложки может быть значительно уменьшена, что снижает термические напряжения и продлевает срок службы.
4. Градиентная структура
В теплоизоляционных покрытиях значительная разница в коэффициентах теплового расширения связующего металла и циркониевой керамики приводит к возникновению избыточных внутренних напряжений в покрытии и часто становится причиной преждевременного разрушения керамического покрытия в условиях термоциклирования. Чтобы снизить внутренние напряжения и повысить прочность связи между покрытием и подложкой, материаловеды начали внедрять технологии изготовления функционально-градиентных материалов (ФГМ) в традиционные теплоизоляционные покрытия.
