СТРОЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ПРИ ГТН

Покрытие при ГТН – это слоистый материал, состоящий из деформированных напыленных частиц, соединенных между собой по контактным поверхностям сварными участками диаметром D_x и площадью (рис. 38).

Рис. 38 Строение покрытия при ГТН

 

1 – граница между покрытиями и основой;

2 – граница между соями;

3 – граница (контактная поверхность) между частицами в слое.

Сварные участки не заполняют всю площадь контакта между частицами, поэтому плотность и прочность ниже плотности и прочности материала покрытия в монолитном (контактном) состоянии.

Прочность самих сварных участков зависит от количества очагов схватывания, образующихся на площади F_x в период удара, деформирования и затвердевания частицы и определяется развитием химического взаимодействия материалов в контакте.

В покрытии можно выделить структурные элементы, которые отражают процессы его формирования и разделяются границами раздела с определенными свойствами:

- граница раздела между покрытием и основой – определяет прочность сцепления (или прочность соединения между ними) – адгезия;

- граница раздела между слоями покрытия;

- граница между частицами – определяет свойства самого покрытия; сцепление частиц в покрытии – когезия.

Условия образования границ между частицами определяются длительностью пребывания в атмосфере – чем больше пауза между нанесением слоев – тем больше окисляется и загрязняется поверхность слоя – ухудшается когезия (рис. 39).

Рис. 39 Образование границ при наплавке нескольких слоев

 

Между частицами и между слоями образуются микропустоты, которые заполняются газом – из атмосферы вместе с рабочим газом, что ухудшает свойства границ (рис. 40).Такое явление называется пористостью покрытий.

 

Рис 40 Образование пустот между слоями

 

Плотность и заполнение покрытия увеличиваются с уменьшением размера частиц порошка. Однако слишком мелкие порошки при нагреве образуют комки – конгломераты из нескольких частиц – из-за влажности порошка и появления сил молекулярного сцепления. Поэтому обычно для напыления рекомендуются порошки с размером частиц 40 – 70 мкм.

Сцепление между частицами в покрытии, а также сцепление между основой и покрытием (соответственно когезии и адгезии) возникают в результате действия ряда сил: сил механического зацепления, слабых невалентных сил взаимодействия (типа сил Ван-дер-Ваальса), химических сил связи. Силы первых двух типов отличаются нестабильностью, невелики и поэтому практически не учитываются. Химическое взаимодействие приводит к привариванию частиц, которое происходит путем образования очагов схватывания в контакте. Чем больше очагов схватывания, тем выше прочность сцепления частиц.

Приваривание частицы к основе может наступить только при подогреве основы до определенной температуры – температуры химического взаимодействия, которая определяется для каждого сочетания материалов частиц и основы – до 1000 ⁰С и более, но обычно в пределах 200…500 ^0С.