Соударение частиц с поверхностью основы. Виды удара и стадии его развития, страница 12

1 - слой, полученный за один проход плазмотрона; 1, а - межслойная граница; 2 - частица напыленного материала с полиморфными протяженными зонами; 3 - поры; 4 - граница между частицами

Представляет интерес оценка характерных размеров границ и неоднородностей такой структуры. Толщина границы между слоями оценивается в 1,0…10 мкм; толщина деформированных частиц 2,0…20 мкм, протяженность полиморфных зон в дискретных частицах 0,1…1,0 мкм, толщина границ между частицами до 1 мкм, протяженность участков схватывания по границам частиц 0,1…0,5 мкм, ширина трещин между частицами 0,08…0,3 мкм. Субмикроструктура частиц состоит из зерен и трещин, оценочная ширина которых составляет (6…15)∙10^-4 мкм.

Влияние агрегатного состояния частиц

Наличие в газодисперсном потоке частиц, находящихся к моменту соударения с основой в различных агрегатных состояниях, и их участие в формировании покрытия является важным фактором, определяющим характер и степень структурной и механической неоднородностей материалов, получаемых методами газотермического и атмосферного плазменного напыления.

Характер взаимодействия частиц с основой и соседними частицами, равно как их состояние к моменту соударения, определяют появление, тип и размер таких структурных элементов покрытий, как:

- микротрещины;

- крупные сфероподобные полости - поры, образованные вследствие наличия крупных пузырей газа в жидком материале частиц и разрушения частиц - баллонов;

- мелкие поры (каналы, воронкообразные образования, возникающие при выходе малых порций газа из материала частиц);

- микрополости, связанные с наличием развитого микрорельефа на поверхности частиц; вертикальные границы столбчатых образований и трещины по ним в теле частиц вследствие дендритного кристаллообразования;

- ядра, частицы и осколки неправильной формы;

мелкие каплеобразные включения (результат неполного проплавления, разрушения вторично затвердевшего материала, разбрызгивания при перегреве и повышенных скоростях) и др.

Условия коллективного взаимодействия определяют характер и плотность упаковки указанных элементов.

Количественное соотношение числа частиц, находящихся в разных агрегатных состояниях, определяется видом материала, режимом напыления и гранулометрическим составом распыляемого дисперсного материала.

Исследование параметров частиц в потоке расплавленных капель материала покрытия, структуры плазменно-напыленных материалов и покрытий говорит о том, что в общем случае в их формировании одновременно могут принимать участие частицы, находящиеся в различных агрегатных состояниях.

В случае легкоплавких теплопроводных материалов число частиц, находящихся в сложном агрегатном состоянии, может резко сокращаться, что соответственно понижает роль и степень их участия в формировании структуры напыленного материала. Для ряда металлов (например, вольфрама) существенным оказывается также влияние химического взаимодействия (в случае вольфрама - с кислородом), в том числе происходящего уже после завершения индивидуальных актов кристаллизации частиц. Идеальными объектами для изучения влияния частиц, находящихся в различных агрегатных состояниях, на структуру материала, формируемого при плазменном напылении, являются тугоплавкие оксиды, в особенности Аl₂О₃.

На рис. 11 представлена схема, показывающая вклад частиц материала, находившихся в различном состоянии в потоке, в структурообразование плазменно-напыленного материала. В случае преобладания в потоке частиц какого-либо из выделенных видов, могут формироваться структуры различных типов.