Таким образом, характеристикой процесса, приводящего к образованию прочных связей при плазменном напылении, является температура в точке контакта Тконт, которая в свою очередь определяется температурой напыляемых частиц и основы, отчасти скоростью частиц в связи с переходом доли их кинетической энергии в тепло при ударе и наличием эндо- или экзотермических реакций при взаимодействии напыляемого материала с основой.
По мере повышения температуры основы (при условии отсутствия ее интенсивного окисления) одновременно идут два процесса: увеличение диаметра пятна D, на котором частица, взаимодействуя, прочно закрепляется на основе, и увеличение адгезии в самом пятне D за счет увеличения количества очагов схватывания в нем. Прочное закрепление частицы наступает только при подогреве основы до определенной температуры, которая соответствует заполнению контактной поверхности под частицей очагами схватывания на 40…70%. Такое заполнение согласно результатам исследований, выполненных в различных работах, соответствует достаточному для прочного закрепления на основе уровню химического взаимодействия. Для различных материалов, частицы которых были расплавлены в потоке, температура основы, при которой образуется прочная связь, изменяется в широких пределах от 273 К и ниже до 1273 К и более.
Перегрев напыляемых частиц выше температуры плавления также повышает прочность их соединения с основой и увеличивает площадь пятна химического взаимодействия (S = π D2/4). Рост прочности объясняется тем, что при перегреве частиц повышается контактная температура и процесс химического взаимодействия резко ускоряется. Поэтому при плазменном напылении следует добиваться ситуации, когда покрытие формируется в основном из расплавленных и, по возможности, несколько перегретых выше Тпл частиц.
Переход энергии при ударе частиц с основой Тконт увеличивается благодаря переходу кинетической энергии в тепловую при ударе. Ясно, что с повышением скорости частиц прочность сцепления будет возрастать.
Вместе с тем, обе тенденции - увеличения прочности сцепления по мере роста Тчаст и vчаст - имеют место при ударе, когда частица напыляемого материала, ударяясь об основу, затвердевает не в цилиндрический диск, а распадается на более мелкие фрагменты, образует частицы с незаполненной центральной областью и т.п. Вопрос об адгезии таких частиц к основе в настоящее время изучен еще слабо.
Принципиально важным является то, что только совместное действие повышения Тконт, деформации и давления при ударе и растекании частицы на основе способно привести к ее прочному закреплению на поверхности.
Роль деформации в процессе образования прочной связи частицы с основой связана с тем, что напряжения, возникающие в области удара частицы о поверхность основы, содействуют выходу дислокаций на контактную поверхность и ее активации за счет разрыва насыщенных связей, что приводит к образованию дополнительных активных центров.
Все атомы на поверхности основы в поле упругих искажений вокруг дислокации, энергия которых достигла или превысила некоторый потенциальный барьер U, вступают в химическое взаимодействие. Согласно данным этих работ при значении U = 0,3 эВ активный центр, расположенный вокруг дислокации, будет иметь условный диаметр около 1 мкм, а его площадь составит 10-8 см2. Тогда, зная плотность дислокаций ρ или частоту λ, их выхода в зону контакта, можно определить долю единичной поверхности ∆, способную к образованию прочного соединения вследствие пластической деформации основы:
, или:
, где t - время удара и
затвердевания частиц; Sконт - площадь
контакта.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.