Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 74 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ температурах, определяются несколькими факторами: температурой частиц, их скоростью и протеканием химических реакций и фазовых превращений. Для практического применения поверхностная пористость покрытий из диоксида титана может обеспечить бо- лее благоприятные условия для активного действия частиц-включений серебра как антибактериального компонента. Для того чтобы обеспечить эффективное антибактериальное действие серебра, предпочтитель- но иметь его в покрытиях в виде наночастиц. В дан- ной работе исследовалась микроструктура покрытий, полученных в различных режимах детонационного напыления порошков TiO 2 -2.5об. % Ag для определе- ния условий диспергирования частиц серебра, претер- певающих плавление в процессе напыления. Экспериментальная часть Композиционные порошки TiO 2 -2.5об. % Ag го- товили механической обработкой смесей порошков диоксида титана (в модификации рутила) и серебра в мельнице АГО-2 при ускорении шаров 200 м·с -2 в течение 5 мин. Поскольку композиционная смесь со- держала значительную долю частиц размером менее 5 мкм, которые непригодны для детонационного на- пыления, использовали дополнительную операцию агломерации порошка с раствором поливинилового спирта с последующей сушкой и рассевом на сите. По- лученный в результате агломерации порошок содержал композиционные частицы размером 10 … 60 мкм. Эксперименты по получению покрытий проводи- лись на установке детонационного напыления CCDS 2000 [7], разработанной в ИГиЛ СО РАН. При дето- национном напылении ствол установки длиной 850 и диаметром 20 мм заполняется взрывчатой газовой смесью C 2 H 2 +1.05O 2 , продукты детонации которой создают восстановительную атмосферу напыления. Через отверстие диаметром 2 мм в боковой стенке с помощью штатного дозатора вбрасывается порция порошка, затем с помощью электрического разряда инициируется детонация. Продукты детонации, рас- ширяясь, разгоняют частицы порошка и нагревают их. Компьютерное управление детонационнымпроцессом позволяет точно заполнять ствол взрывчатой газовой смесью и тем самым варьировать энергетическое воз- действие на частицы напыляемого материала. В дан- ной работе производилось напыление серии образцов при различном заполнении ствола установки газовой смесью. Для теоретического расчета параметров на- пыляемых частиц использовалась математическая модель [8]. Результаты расчетов согласно этой модели хорошо согласуются с экспериментально измеренны- ми температурами и скоростями частиц. Дляпроведенияэлектронно-микроскопическихис- следований был использован сканирующий электрон- ный микроскоп Carl Zeiss EVO50 с приставкой EDS X-Act (Oxford Instruments). Для исследования микро- структуры покрытий использовали их поверхность и подвергнутые операциям шлифования и полирования поперечные срезы. Съемку микрофотографий прово- дили в режиме обратно рассеянных электронов. Результаты и обсуждение Проведенные ранее исследования показали, что при напылении порошков TiO 2 -2.5об. %Ag с заполне- нием ствола 30 % (холодный режим) фазовый состав покрытия близок к составу исходного композиционно- го порошка. С увеличением степени заполнения ство- ла диоксид титана восстанавливается до TiO 2- x . При напылении в горячем режиме (степень заполнения ствола 60 %) диоксид титана частично восстанавли- вается до субоксида Ti 3 O 5 . Все покрытия, нанесенные при степени заполнения ствола 30 … 60 %, содержат фазу серебра, определяемую на рентгенограммах. На рис. 1 представлены микрофотографии порош- кового композита, полученного механической обра- боткой в мельнице порошков диоксида титана и сере- бра. В процессе механической обработки происходит смешение и диспергирование частиц, при этом части- цы серебра оказываются агломерированными. Размер агломератов серебра составляет 1 … 2 мкм. Расчетные температуры и скорости напыляемых частиц при раз- личных степенях заполнения ствола детонационной пушки представлены в таблице. Расчеты проведены для условия однородности температуры по объему частицы. Поскольку скорость и температура напыляе- мых частиц зависят от их размера, расчеты были про- ведены для трех диаметров частиц. При напылении частиц при заполнении ствола на 30 % малый расход газовой смеси не обеспечивает теплоты, необходимой для нагрева диоксида титана до температуры плавле- ния. Температура композиционных частиц размером 40 мкм оказывается достаточной, для того чтобы сере- бро находилось в них в расплавленном состоянии. Из микрофотографий поверхности покрытий (рис. 2, а ) видно, что расплавленные частицы серебра коалесцируют и образуют крупные агломераты сере- бра в напыленных покрытиях. Химический состав светлых областей на микрофотографиях подтвержда- ют результаты микроанализа (рис. 2, б ). При заполне- нии ствола на 40 % серебро оказывается перегретым выше температуры плавления во всех напыляемых Рис.1. Микрофотография частиц композиционного порошка TiO 2 -2.5об.%Ag