Plasma coating formation by the deposition of cathode material eroded through high-current pulsed discharge

Abstract

The paper analyzes the conditions for the formation of a coating obtained using an electrothermal axial plasma accelerator due to plasma transfer of cathode erosion products. It is shown that by using a cathode of low-melting materials with a high-current pulsed discharge, microdrops are formed and injected from the accelerator falling into the surface to be treated. When colliding with the surface, the drops acquire near-disk shape with a radius of up to 100 µm, cooling on the substrate at a speed of up to 10⁸ K/s. This leads to the formation in the drops of a supersaturated solid solution with nonequilibrium structure. The subsequent heat treatment of the coating can result in hardening phases precipitation from solid solution causing the increase in coating microhardness.

Проаналізовано умови формування покриття, що отримується за допомогою електротермічного аксіального плазмового прискорювача, за рахунок плазмового перенесення продуктів ерозії катода. Показано, що в разі використання катода з легкоплавких матеріалів при потужнострумовому імпульсному розряді утворюються і інжектуються із прискорювача мікрокраплі, що потрапляють на оброблювану поверхню. При зіткненні з поверхнею вони набувають форму диска радіусом до 100 мкм, охолоджуючись на підкладці зі швидкістю до 10⁸ К/с. Це призводить до формування в краплях нерівноважної структури пересиченого твердого розчину. Подальша термічна обробка покриття може викликати розпад розчину з виділенням зміцнюючих фаз з відповідним підвищенням мікротвердості покриття.

Проанализированы условия формирования покрытия, получаемого с помощью электротермического аксиального плазменного ускорителя, за счет плазменного переноса продуктов эрозии катода. Показано, что в случае использования катода из легкоплавких материалов при сильноточном импульсном разряде образуются и инжектируются из ускорителя микрокапли, попадающие на обрабатываемую поверхность. При соударении с поверхностью они приобретают форму диска радиусом до 100 мкм, остывая на подложке со скоростью до 10⁸ К/с. Это приводит к формированию в каплях неравновесной структуры пересыщенного твердого раствора. Последующая термическая обработка покрытия может вызывать распад раствора с выделением упрочняющих фаз с соответствующим повышением микротвердости покрытия.