Чесноков А.Е. Шикалов В.С. Клинков С.В. Косарев В.Ф. Смирнов А.В. Видюк Т.М.
Влияние высокоэнергетической обработки частиц бронзы на их микроструктуру, микротвердость и фазовый состав
Reporter: Смирнов А.В.
Нанесение покрытий методом холодного газодинамического напыления широко применяют российские и зарубежные специалисты во многих областях промышленности. Особенностью холодного газодинамического напыления является получение покрытий без существенного нагрева частиц в процессе напыления, поэтому покрытия имеют свойства близкие к свойствам материала напыляемых частиц [1]. Большое количество научных работ, посвященных исследованию влияния основных физических параметров напыляемого материала на процесс холодного газодинамического напыления и свойства сформированных покрытий, подтверждают актуальность проводимых работ по решению различных инженерных задач. Как правило, для напыления покрытий используют коммерчески доступные порошки крупных российских и зарубежных производителей таких как: Полема (Россия), Prаxair (США), Oerlikon Metco (Швейцария) и др.
Механическая обработка частиц в высокоэнергетической планетарной мельнице и термическая обработка порошка оказывают значительное влияние на остаточные напряжения в материале, что приводит к изменению его пластичности и твердости. Например, в работе [2] показано, что относительный коэффициент напыления при формировании покрытий из термически обработанных частиц увеличивается в 2 раза по сравнению с покрытием, полученным из исходного порошка, при прочих равных условиях. В работе [3] приведены результаты механической обработки алюминиевых частиц в шаровой мельнице. Отмечено, что независимо от интенсивности введения энергии мелющими телами (стальные шары) в обрабатываемый материал, в начальный момент времени механической обработки происходит измельчение частиц, при этом кинетическая энергия шара направлена на разделение общего объема материала частицы по внутренним дефектам на его части. Последующая механическая обработка порошка приводит к пластической деформации частиц, с одновременным формированием новой формы и внутренней структуры материала, которая характеризуется образованием дефектов и напряжений в объеме материала, увеличивая его твердость. Непрерывная пластическая деформация сопровождается выделением большого количества тепла до 95%, а температура в контакте, возникающая вследствие трения скольжения, может достигать температуры плавления обрабатываемого материала. Таким образом, повышение температуры частиц при их механической обработке до температуры близкой к температуре плавления материала может приводить к отпуску концентраторов напряжений, сопровождающихся понижением значений твердости материала, увеличивая его пластичность. Также могут наблюдаться химические реакции между отдельными фазами частиц и газовой атмосферой барабанов.
В настоящей работе установлено влияние механической обработки порошка бронзы марки БрА10 на микротвердость, внутреннюю структуру и фазовый состав материала частиц от комнатной температуры до температуры его плавления. Показано, что в механически обработанные частицы бронзы имеют слоистую структуру, твердость материала имеет максимальное значение 290±32,3 HV0.025. При повышении температуры частиц до температуры плавления материала происходит понижение его микротвердости до 184±23,1 HV0.025. Получено уравнение, связывающие количество введенной энергии с температурой материала при его механической обработке. Определены эмпирические коэффициенты, дано их феноменологическое объяснение.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 19-19-00335) с использованием оборудования ЦКП "Механика" (ИТПМ СО РАН)
1. Vidyuk T.M., Chesnokov A.E., Smirnov A.V., Shikalov V.S. The effect of ball milling in a planetary mill on aluminium particles microstructure and properties of cold sprayed coatings // Journal of Physics: Conference Series : XVI All-Russian Seminar with international participation "Dynamics of Multiphase Media" (Novosibirsk, 30 Sept. - 5 Oct. 2019). –S.l.: IOP Publishing, 2019. –Vol. 1404. –P. 012049(5). DOI: 10.1088/1742-6596/1404/1/012049
2. Klinkov S V, Kosarev V F, Shikalov V S, Vidyuk T M, Chesnokov A E and Smirnov A V 2020 Mater. Today Proc. In press
3. Chesnokov A.E., Smirnov A.V., Vidyuk T.M. Impact of the rate of input of specific energy on the ball milling of aluminium in a planetary mill // Journal of Physics: Conference Series : XVI All-Russian Seminar with international participation "Dynamics of Multiphase Media" (Novosibirsk, 30 Sept. - 5 Oct. 2019). –S.l.: IOP Publishing, 2019. –Vol. 1404. –P. 012012(1-6). DOI: 10.1088/1742-6596/1404/1/012012
To reports list