Получение, управление и контроль физико-механических характеристик композиционных покрытий из цветных сплавов с градиентной структурой

Определено, что для получения алюмоматричных композиционных покрытий на поверхности стали целесообразно применять жидкофазные методы, в частности процессы дуговой наплавки, характеризующиеся высокой универсальностью, а также отсутствием необходимости применения сложного и дорогостоящего оборудования. Трудности, связанные с получением алюмоматричных композиционных покрытий на поверхности стали обусловлены ограниченной смачиваемостью и химической несовместимостью железа и алюминия. Эти металлы по причине крайне низкой взаимной растворимости в процессе диффузии образуют непрерывный ряд интерметаллидных фаз системы Al-Fe, обладающих высокой твердостью и низкой пластичностью. Увеличение толщины слоя интерметаллидов приводит к резкому снижению значений прочностных характеристик стале-алюминиевого соединения. Толщина интерметаллидного слоя прямо пропорциональна температуре и времени пребывания при этой температуре поверхности контакта стали с алюминием. Поэтому при получении на стали покрытий из алюмоматричных КМ дуговыми способами следует ограничивать тепловложение за счет уменьшения значения величины погонной энергии процесса. Применение промежуточных переходных слоев при нанесении алюмоматричных композиционных покрытий на поверхность стали обеспечивает смачиваемость и ограничение роста интерметаллидной фазы на границе раздела в результате уменьшения диффузионной активности элементов. Среди возможных составов промежуточных переходных слоев вследствие экономической целесообразности и технологичности при их нанесении выбраны и опробованы слои из цинка и алюминия. Для создания покрытий из дисперсно-упрочненного композиционного материала на стальной основе применен процесс аргонодуговой наплавки, входящий в группу жидкофазных методов. Опробованы варианты аргонодуговой наплавки как с частичным, так и с полным проплавлением промежуточного переходного слоя, предварительно полученного на стальной основе, обеспечивающие наличие или отсутствие контакта композиционного расплава с твердой сталью. Предложен и экспериментально реализован лазерный оптико-акустический метод диагностики качества покрытий из КМ на основе баббита Б83 на стальной подложке. Разработана методика измерения акустического импеданса покрытия, который в общем случае зависит от закрытой пористости покрытия. Лазерный оптико-акустический метод диагностики качества покрытий не требует гидростатического взвешивания образцов и отделения покрытия от подложки, что обеспечивает высокую оперативность и контролируемую точность измерений, что дает возможность встраивания данной установки в технологический цикл изготовления изделий с покрытиями для их неразрушающего контроля in-situ.