СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СТАБИЛЬНЫХ НАНОСТРУКТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ Российский патент 2015 года по МПК B82B3/00 C23C24/08 C23C4/12 

Метод газотермического напыления наноструктурных покрытий основан на непрерывной бомбардировке расплавленными нанопорошками поверхности покрытий на подложках, что приводит к хаотичному росту зерен, когда распределение зерен по размерам весьма неоднородно и большие зерна являются как бы зародышами аномального их роста. При этом задачи воспроизводимости структуры и соответственно свойств этих покрытий требует строгого соблюдения режимов и регламентов. Воспроизводимость структуры нанопокрытий не всегда обеспечивается и связана с особенностями теплофизических процессов микропереноса субстанций (энергии, импульса, массы) плазменной струей на поверхность напыляемых покрытий.

Метод, приведенный в работе, позволяет использовать воздействие усилия динамического давления потока плазменной струи для «очистки поверхности напыляемых покрытий» от зародышей аномального и хаотичного роста зерен. Импульс силы динамического давления струи ориентируют и выстраивают частицы покрытий вдоль потока, во-первых, во-вторых, эти частицы закрепляются в упорядоченном положении силами адгезии микрочастиц подложки. Упорядоченно ориентированная укладка наноструктурных частиц приводит к улучшению механических свойств напыляемых покрытий, что весьма существенно для развития методов молекулярной технологии.

Предлагается после цикла бомбардировки расплавленными нанопорошками поверхности подложки для ориентированной перестройки расположенных на ней частиц напыляемых покрытий повернуть подложку вдоль оси плазменной струи. При этом для сохранения устойчивости потока лобовая часть подложки должна иметь скос, не превышающий 8-10°.

Краткое описание аналога

Под действием силы динамического потока (2000 м/с) и расплавленные в плазменной струе (3000К) наноструктурные частицы ударяются о поверхность подложки [1]. Схема установки для газотермического напыления твердосплавных порошков с использованием кислород-углеводородных газовых смесей показана на фиг. 1. Схема установки включает: 1 - ввод газовых смесей; 2 - смеситель; 3 - систему охлаждения; 4 - плазменный ствол; 5 - покрытие; 6 - подложку; 7 - ввод порошка.

Достоинство метода

Показатели твердости и износостойкости наноструктурных покрытий превосходят таковые для обычных покрытий в 1,3-2 раза

Недостаток метода

Невозможность целенаправленного управления теплофизическими процессами микропереноса субстанций (энергии, импульса, массы) в напыляемых покрытиях плазменным потоком в практических задачах стимулирования ориентированной кристаллизации, воспроизводимости структуры покрытий и соответственно свойств наноструктурных покрытий.

Упорядочение структуры покрытий при обтекании их плазменной струей заключается в следующем. Беспорядочно ориентированные частицы в наплавленных нанокристаллитах под совокупным действием высокой температуры и импульса силы динамического давления пламенного потока становятся достаточно подвижными, способными к перемещению, что позволяет потоку выстраивать их в одном направлении. Значительная вязкость (свыше 10⁷ пуазов) покрытия приводит к тому, что инерционные силы плазменного потока становятся пренебрежимо малыми для отрыва частиц покрытия. Процессы конвективного переноса и выстраивания плазменным потоком наноструктурных частиц вдоль течения сопровождаются ориентированной укладкой и фиксацией их силами адгезии микрочастиц подложки.

Схема установки для газотермического напыления твердосплавных порошков с использованием кислород-углеводородных газовых смесей в цикле формирования наноструктурных покрытий плазменной струей показана на фиг. 2. Схема установки включает: 1 - ввод газовых смесей; 2 - смеситель; 3 - систему охлаждения; 4 - плазменный ствол; 5 - покрытие; 6 - подложку; 7 - ввод порошка.

Литература

1. Андриевский Р.А. Наноструктурные материалы.- М.: Издательский центр «Академия», 2005. 192 с.

2. Ванчиков В.Ц. Метод определения сил когезии в вязком подслое // Вестник машиностроения. 2007. №6. С. 39-40.

Изобретение относится к способу формирования стабильных наноструктурных покрытий плазменной струей. Осуществляют напыление твердосплавных нанопорошков плазменной струей на подложку, расположенную перпендикулярно к направлению оси плазменной струи, с использованием кислород-углеводородных газовых смесей. Используют подложку, лобовую часть которой выполняют со скосом, не превышающим 8-10°. В процессе напыления осуществляют укладку частиц напыляемых покрытий в одном направлении импульсом силы динамического давления газового потока и закрепление в упорядоченном положении силами адгезии микрочастиц подложки. После процесса напыления подложку располагают вдоль оси плазменной струи и осуществляют обработку покрытия плазменной струей. 2 ил.

Способ получения наноструктурных покрытий, включающий газотермическое напыление твердосплавных нанопорошков плазменной струей на подложку, расположенную перпендикулярно к направлению оси плазменной струи, с использованием кислород-углеводородных газовых смесей, отличающийся тем, что используют подложку, лобовую часть которой выполняют со скосом, не превышающим 8-10°, в процессе напыления осуществляют укладку частиц напыляемых покрытий в одном направлении импульсом силы динамического давления газового потока и закрепление в упорядоченном положении силами адгезии микрочастиц подложки, а после процесса напыления подложку располагают вдоль оси плазменной струи и осуществляют обработку покрытия плазменной струей.