Исследование структуры керамического жаростойкого газоплазменного покрытия методами световой и растровой электронной микроскопии

Abstract

RU: Цель исследования − установление сущности и последовательности развития основных процессов, ответственных за формирование теплоизоляционного слоя, закономерности явлений и результатов их влияния на свойства газоплазменного керамического покрытия. Методика. Структуру покрытия изучали методами световой металлографии и сканирующей электронной микроскопии. Коэффициент ориентации частиц определяли с использованием метода секущих. Результаты. Исследована структура керамического жаростойкого газоплазменного покрытия, установлено, что она состоит из наномерных частиц двух типов: плоские лепестки толщиной 200…950 нм и дисперсные сферические частицы диаметром 100…800 нм. Многочисленные щелевидные пустоты толщиной до 300 нм между лепестками и наносферами придают покрытию высокие теплоизоляционные свойства. Научная новизна. Впервые предложена схема образования слоистых структур при растекании капель расплавленного материала шпинели. Практическая значимость. Установленные закономерности явлений, ответственных за формирование теплоизоляционного слоя, позволяют влиять на свойства керамического покрытия, а также способствуют совершенствованию технологического процесса плазменного напыления деталей камеры сгорания газотурбинных двигателей (ГТД).

UK: Мета дослідження −встановлення сутності і послідовності розвитку основних процесів, відповідальних за формування теплоізоляційного шару, закономірності явищ і результатів їх впливу на властивості керамічного покриття. Методика. Структуру напиленого газоплазмового покриття вивчали методами світлової металографії і сканувальної електронної мікроскопії. Коэфіцієнт орієнтації частинок визначали методом січних. Результати. Досліджено структуру керамічного жаростійкого покриття, установлено, що вона складається з наномірних частинок двох типів: плоских пелюсток товщиною 200…950 нм та дисперсних сферичних частинок діаметром 100…800 нм. Численні пустоти товщиною до 300 нм між пелюстками і наносферами надають покриттю високих теплоізоляційних властивостей. Наукова новизна. Вперше запропоновано схему утворення прошаркових структур під час розтікання крапель напиленого розплавленого матеріалу – шпінелі. Практична значимість. Установлені закономірності явищ, відповідальних за формування теплоізоляційного шару, дозволяють впливати на властивості керамічного покриття, а також сприяють удосконаленню технологічного процесу плазмового напилення деталей камери згоряння газотурбінних двигунів (ГТД).

EN: Purpose. The main goal of the research was to establish the essence and sequence of development of the main processes responsible for the formation of the thermal insulation layer, the regularities of the phenomena and the results of their influence on the properties of the ceramic coating. Methodology. The structure of the sprayed ceramic heat-resistant gas-flame coating was studied by metallographic methods and scanning electron microscopy. The particle orientation coefficient was determined by the secant method. Results. The structure of a ceramic heat-resistant gas-plasma coating was studied, it was established that it consists of two types of nanoscale particles: plane lobes 200-950 nm in thickness and dispersed spherical particles with a diameter of up to 800 nm. Numerous voids up to 300 nm thick between the petals and nanospheres impart high thermal insulation properties to the coating. Scientific novelty. The scheme of the formation of layered structures for the spreading of drops of sputtered molten spinel material was proposed for the first time. Practical significance. The established regularities of the phenomena responsible for the formation of the heat-insulating layer allow to influence on the properties of the ceramic coating, and also contribute to the improvement of the technological process of plasma spraying the parts of the combustion chamber of the gas turbine engine.