Соударение частиц с поверхностью основы. Виды удара и стадии его развития, страница 16

В сечении фигура напыления несимметрична относительно центра пятна и ее профиль в общем случае не может быть описан нормальным гауссовым распределением. Исследования структуры материала, напыленного "в точку", говорят о ее неоднородности по сечению пятна и в зависимости от положения «точки» относительно оси потока.

На периферии пятна располагается материал, содержащий сравнительно крупные зерна (рис. 16, в). На фотографии, полученной на оптическом микроскопе, наличие части темных пятен, идентифицируемых как пустоты, обусловлено выкрашиванием зерен при приготовлении шлифа. Формирование такого материала связано с наличием значительной доли непроплавленных (твердых, оплавленных с поверхности и жидких с твердым ядром) и вторично затвердевших (полностью; с поверхности при жидком или газообразном (пузырь) ядре) частиц.

Твердые и полностью вторично затвердевшие частицы могут попадать в напыленный материал вследствие слабого самопроизвольного закрепления, а также вторичного захвата при падении на незакрепленную твердую частицу жидкой капли. Частицы, имеющие расплавленное ядро или оболочку, закрепляются на основе за счет жидкой фазы. При ударе частицы с вторично затвердевшей оболочкой о поверхность основы затвердевшая внешняя оболочка разрушается и происходит растекание, жидкого материала, за счет которого и происходит схватывание.

При неполном проплавлении частица к моменту соударения с основой состоит из расплавленной жидкой оболочки и твердого ядра. В зависимости от степени проплавления жидкая оболочка бывает сплошной или несплошной, а ее толщина может составлять 0,1…0,9 радиуса частицы. При ударе таких частиц о поверхность основы тепловой и кинетической энергии оказывается недостаточно для их полной деформации. Схватывание частиц с поверхностью в этом случае происходит за счет расплавленной оболочки (рис. 18, а). При ударе жидкая оболочка может отделяться - стекать с твердого ядра.

Рис. 18. Фрактограмма излома (а, ×1125) и микроструктура (б, ×750) напыленного Аl₂О₃ в случае его формирования частицами, находившимися в несущем потоке в сложном агрегатном состоянии

а - жидкая оболочка - твердое ядро; б - твердое ядро - жидкая прослойка - вторично затвердевшая оболочка

На рис. 18, б приведена микроструктура (продольный шлиф) области напыленного Аl₂О₃, содержащей частицу, имевшую вблизи от основы наиболее сложное агрегатное состояние: твердое непроплавленное ядро, жидкую промежуточную область расплавленного материала и вторично затвердевшую оболочку. Как и в первом случае, закрепление частицы может происходить вследствие разрушения внешней оболочки и растекания расплава, содержащегося внутри. Во всех рассмотренных случаях в закреплении может играть роль и вторичный захват жидкой фазой соседних частиц, соударяющихся с основой позже.

Многочисленные эксперименты убеждают в том, что участие в формировании материала неполностью проплавленных частиц, а также частиц с вторично затвердевшей внешней оболочной является типичным явлением при напылении тугоплавких оксидов и металлов турбулентными плазменными струями. Увеличение доли таких частиц по отношению к полностью проплавленным приводит к образованию рыхлой структуры с крупными порами. Пустоты, образующиеся между отдельными частицами, могут достигать характерных размеров 30…50 мкм. Формируемый материал имеет зернисто-чещуйчатую структуру.

По мере перемещения ближе к центру пятна напыления и оси потока (см. рис. 16, г) в структуре материала сокращается число крупных слабо закрепленных выкрашивающихся элементов, уменьшается, вероятно, и характерный размер пор. Оба факта могут быть связаны со значительно большей, чем на периферии, долей проплавленных частиц, уменьшением размера твердых ядер у частиц, имеющих расплавленную оболочку, а также с сильным уменьшением доли вторично затвердевших частиц или их отсутствием.