Импульсно-плазменная модификация свойств поверхности и нанесение покрытий

Abstract

Представлен обзор современного состояния импульсно-плазменной детонационной технологии с целью модификации свойств структуры и механических свойств, а также нанесение защитных покрытий, имеющих различные функциональные задачи. На примере простых металлов (α-Fe, Cu), сталей, сплавов, включая титановые сплавы, показана возможность модификации поверхности с помощью воздействия импульсной плазменной струи, имеющей высокие скорости от 1 до 8 км/с, и высокую температуру в струе (10³–3∙10⁴ K). Рассмотрена структура и свойства керамических, металлокерамических и металлических покрытий таких, как Al₂O₃, Al₂O₃+Cr₂O₃, WC–Co, нержавеющей стали 316L, Hastelloy C на основе Ni и др. Нанесение таких защитных покрытий приводит к значительному повышению механических характеристик таких, как стойкость в эксплуатации, твердость, коррозионная стойкость, стойкость к абразивному износу и т. д. Показано, что в некоторых случаях необходима так называемая «дуплексная» обработка поверхности изделий из металлов и сплавов, например, вибронакатывание с последующим воздействием импульсной плазменной струи, что приводит к заметному изменению механических характеристик изделий.

Представлено огляд сучасного стану імпульсно-плазмової детонаційної технології з метою модифікації властивостей структури і механічних якостей, а також нанесення захисних покриттів, що мають різні функціональні завдання. На прикладі простих металів (α-Fe, Cu), сталей, сплавів, включаючи титанові сплави, показана можливість модифікації поверхні за допомогою дії імпульсного плазмового струменя, що має високі швидкості від 1 до 8 км/с, і високу температуру в струмені (10³–3∙10⁴ К). Розглянута структура та властивості керамічних, металокерамічних, металічних покриттів таких, як Al₂O₃, Al₂O₃+Cr₂O₃, WC–Co, нержавіючої сталі 316L, Hastelloy C на основі Ni та ін. Нанесення таких захисних покриттів призводить до значного підвищення механічних характеристик таких, як стійкість в експлуатації, твердість, корозійна стійкість, стійкість до абразивного зносу і т. д. Показано, що в деяких випадках необхідна так звана «дуплексна» обробка поверхні виробів із металів і сплавів, наприклад, вібронакатування з подальшою дією імпульсного плазмового струменя, що призводить до значних змін механічних характеристик виробу.

A review of current state of the pulsed-plasma detonation technology, which is applied for modification of structure and mechanical properties as well as for deposition of protective coatings used to solve different functional problems, is presented. Metals (α-Fe, Cu), steels, alloys (including titanium alloys) are used as examples to demonstrate the abilities of the surface modification by the pulsed-plasma jet with velocity 1–8 km/s and temperature 10³–3∙10⁴ K. Structure and properties of metallic and metalloceramic coatings (Al₂O₃, Al₂O₃+Cr₂O₃, WC–Co; stainless steel 316L; Hastelloy C on Ni base) are considered. Deposition of such protective coatings results in significant improvement of the mechanical characteristics as tool servicing life, hardness, corrosion resistance, abrasive wear resistance, etc. As demonstrated, in some cases for better results, the surfaces of tools made of metals and alloys should be subjected to the duplex treatment, for example, to the vibration rolling with subsequent treatment by the pulsed-plasma jet, which provide significant improvement of their mechanical characteristics. A conclusion about the future promising application of the above technologies in various industrial branches in the nearest future is made.