Influence of Laser Thermal Cycling on the Structure Evolution and Tribological Properties of Plasma Coatings

Abstract

У роботі проведено комплексне дослідження структури та властивостей плазмових евтектичних покриттів, після термоциклічної обробки (ТЦО). Показано, що така обробка суттєво підвищує адгезійно – когезійну міцність покриттів. За результатами проведених досліджень встановлено, що стійкість проти спрацювання двошарових покриттів у всьому діапазоні температур вища ніж для одношарових. Це в першу чергу зумовлене підвищенням адгезійних властивостей, зниженням градієнту твердості по глибині покриття, підвищенням термостабільності покриття завдяки бар'єрним властивостям легованого боридного прошарку. Керуючи величиною дисперсних кристалів фаз проникнення і одночасно станом металевої матриці, можна підібрати режими ТЦО, при яких покриття отримують оптимальні триботехнічні властивості. Було виявлено, що зносостійкість вихідного плазмового покриття та після термоциклування приблизно однакова, що можна пояснити повним розкладанням твердих метастабільних структур та інтенсивним окисленням покриттів за рахунок їх пористості. Показано, що зносостійкість двошарових покриттів вища, ніж одношарових у всьому діапазоні температур, що пов’язано насамперед із підвищенням адгезійних властивостей та підвищенням термічної стійкості покриття за рахунок властивостей шару, легованого боридами.

The paper presents a comprehensive study of the structure and properties of plasma eutectic coatings after thermocyclic treatment (TCT). It is shown that such treatment significantly increases the adhesive and cohesive strength of coatings. It has been found that the wear resistance of two-layer coatings in the entire temperature range is higher than for single-layer ones. This is primarily due to the increase in adhesive properties, a decrease in the hardness gradient along the coating depth, and an increase in the thermal stability of the coating due to the barrier properties of the boride-alloyed layer. By controlling the size of the dispersed crystals of the penetration phases along with the state of the metal matrix, it is possible to select such TCT modes at which the coatings can acquire optimal tribological properties. It was found that the wear resistance of the original plasma coating and after thermal cycling is approximately the same, which can be explained by the complete decomposition of solid metastable structures and intensive oxidation of the coatings due to their porosity. It is shown that the wear resistance of two-layer coatings is higher than that of single-layer coatings in the entire temperature range, which is primarily due to the increase in adhesion properties and increased thermal stability of the coating due to the properties of the layer doped with borides.