OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 139 MATERIAL SCIENCE целей применяют сплавы на никелевой основе Ni-Cr-B-Si, при плазменном напылении которых оксиды B2O5-Cr2O3-SiO2 образуют легкоплавкий шлак, всплывающий при плавлении на поверхность в виде тонкого стекловидного налета [6–8]. Покрытия, нанесенные по технологии плазменного напыления, обладают рядом недостатков, главным из которых является пористость от 8 до 15 % [3–5]. Для снижения пористости разработаны специальные методы плазменной наплавки, такие как высокоскоростная плазменная наплавка, нанесение многослойных покрытий, наноструктурирование напыляемых покрытий, легирование редкоземельными элементами, повторное плавление поверхности лазером и комбинация вышеперечисленных методов [9–11]. Однако в некоторых случаях наличие пор в покрытии может быть функционально выгодным. При высоких температурах эксплуатации кислород легко проникает по порам в глубь покрытия, что приводит к массивному окислению по всей его толщине с образованием защитной пленки оксидов Cr2O3 или Al2O3 [12–14]. Для уменьшения недостатков покрытий успешно применяют комбинацию нескольких защитных слоев, нанесенных разными методами [15–19]. При использовании одного метода нанесения слои могут отличаться по химическому и фазовому составу и выполнять разные защитные функции. По сути, формируются функциональные градиентные покрытия. Плазменное напыление многослойных защитных покрытий может быть успешно применено для повышения стойкости прошивных оправок, являющихся основным инструментом при производстве полых заготовок [20–22]. Прошивные оправки при эксплуатации подвергаются циклическому тепловому воздействию (от 20 до 1100 °С), давлению деформируемого металла (до 170 МПа) при движении его относительно оправки со скоростью до 1 м/с [20, 23]. Эффективным способом увеличения стойкости оправок является окисление поверхности носка и сферической поверхности с целью формирования оксидированного слоя, который препятствует налипанию металла заготовки на оправку и является теплоизоляционным слоем [21–23]. Образование оксидного слоя на поверхности позволяет повысить износостойкость оправок в 1,5–2,0 раза [23]. Оксидный слой создает дополнительное термическое сопротивление, величина которого зависит от толщины слоя окалины, ее теплофизических и механических свойств [24–26]. При повышении температуры происходит размягчение окалины и она быстро начинает играть роль смазки при контакте. Известно [27, 28], что при высокотемпературной оксидации (900…1000 °С) на поверхности металла формируется слой, состоящий из оксидов FeO (вюстит), Fe2O3 (гематит) и Fe3O4 (магнетит). Пленка FeO является внутренним слоем и легко отслаивается, поэтому при формировании оксидного слоя следует в максимальной степени уменьшать количество вюстита и способствовать его превращению в магнетит Fe3О4. Для повышения долговечности прошивных оправок успешно могут применяться защитные покрытия, содержащие оксиды железа. Интерес представляет разработка различных комбинаций слоев, выполняющих разные функции. Целью данной работы являлось изучение химического состава, структуры и микротвердости многослойных высокотемпературных покрытий двух разных составов, нанесенных методом плазменного напыления, предполагаемых к использованию для повышения долговечности прошивных оправок. Материалы и методы исследования Нанесение покрытий осуществляли на установке плазменно-порошкового напыления с контактным возбуждением дугового разряда УПН-60КМ ТСП2017, изготовитель ООО «НПП ТСП» (г. Екатеринбург). Все слои многослойных покрытий напыляли на образцы из хромоникелевой стали 20ХН4ФА при одном и том же режиме: ток 310 А, напряжение 57…60 В. Основной плазмообразующий газ – аргон, высокоэнтальпийный газ – водород. В работе исследованы многослойные покрытия двух разных составов. Покрытия были получены последовательным наплавлением трех слоев. Первый слой предназначен для защиты от высокотемпературного окисления и износа, он получен напылением самофлюсующихся порошков составов 1 и 2 (табл. 1). Этот слой необходим для предотвращения интенсивного разрушения оправок в случае износа верхних слоев. Он позволит своевременно изъять оправку из эксплуатации и повторно
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1