Соударение частиц с поверхностью основы. Виды удара и стадии его развития, страница 13

Если в потоке преобладают полностью расплавленные частицы, то, в зависимости от их скорости, температуры перед ударом, степени их деформации и дробления при укладке в слой, могут формироваться структуры вида, схематично показанного на рис. 11, а - д, з, и. Увеличение степени перегрева материала выше температуры плавления приводит к тому, что при укладке в слой частицы деформируются в большей степени, образуя структуру с чешуйками меньшей высоты и большего диаметра. Вследствие меньшей вязкости материал легче заполняет полости и разбрызгивается. Соответственно формируется структура с большей степенью перемешивания материала и менее правильной формой чешуек. Как следствие дробления перегретых частиц (рис. 11, в, г, д) при их соударении с формируемым материалом или основой в напыленном слое появляются мелкие зернистые включения (рис. 11, в, г, д). На рис. 12-14, а - г представлены соответствующие структуры ряда материалов, напыленных в различных условиях.

При соударении с формируемым материалом частиц, имевших внутри полость, заполненную газом (частицы-баллоны), образуются структурные элементы и структуры, показанные на рис. 11, е, ж. Появление таких частиц в плазменном потоке ведет к образованию крупных пор в формируемом материале. В случае их преобладания получается материал с высоким уровнем пористости, основной вклад в которую вносят поры больших размеров.

Вследствие неоднородности условий нагрева и охлаждения дисперсного материала в потоке плазмы в нем могут образовываться частицы, находящиеся в сложном агрегатном состоянии (рис. 11, к, л, м, н, о).

Рис. 11 Схема, иллюстрирующая участие в структурообразовании напыленного материала частиц дисперсной фазы, находившихся в разных агрегатных состояниях в потоке

1 - частица в потоке перед ударом; 2 - частица после соударения с уже сформировавшимся материалом; 3 - вклад выделенного элемента в структуру напыленного материала; 4 - основа; 5 - поры

Рис. 12. Структуры плазменно-напыленных (ПНА) W (а) и Сu (б, в)

а - L = 150 мм, ×240; б - L= 170 мм, ×300; в - L = 135 мм, ×240

Рис. 13. Структура плазменно-напыленного NiАl (ПНА) а - ×450; б - ×675

Рис. 14. Структуры плазменно-напыленного W (а - в - ПНА; г - е - ПНРКА)

а - L = 170 мм, ×1125; б - L = 80 мм, ×750; в - L = 135 мм, ×1125; г - L = 140…160 мм, ×225; д - L = 180 мм, ×225; e - L = 210 мм, ×225

Так, на рис. 11, к показана частица, которая в потоке была только оплавлена с поверхности - без образования сплошной оболочки расплава. Закрепляясь за счет имеющейся жидкой фазы, такие частицы, а также частицы вида л, м, н, имеющие сплошную жидкую оболочку, образуют в формируемом материале зернистые включения (из твердых ядер). Самопроизвольное выкрашивание таких ядер при формировании слоя приводит к образованию крупных пор. Наличие в напылительном потоке существенной доли таких частиц или их преобладание ведет к образованию структур зернисто-чешуйчатого и зернистого видов. Близкие результаты возникают вследствие участия в формировании материала частиц, имеющих сплошную оболочку расплаву и твердое ядро. Структурные элементы и структуры, соответствующие выделенным вариантам, показаны на рис. 14, д, е и 15.

Ситуации, связанные с вторичным затвердеванием частиц материала в потоке, схематично изображены на рис. 11, н, о. В этом случае закрепление частиц в слое происходит также за счет жидкой фазы, но заключенной в твердую оболочку, которая при соударении разрушается. Материал, формируемый при наличии в потоке значительной доли таких частиц, имеет сложную сильно неоднородную структуру. В случае формирования материала из частиц, имевших твердую оболочку и жидкое ядро, материал содержит осколки оболочки (структурные элементы неправильной формы), поры и чешуйчатые образования. Наиболее неоднородны структуры, формируемые из гранул, имевших твердую оболочку, жидкую прослойку и твердое ядро. В этом случае в структуре получаемого материала наряду с указанными элементами присутствуют еще и зернистые включения (рис. 11, о).