ადგილზე წარმოქმნილი WC გამაგრების ფაზის ნაწილაკების ზომაზე Cr3C2-ის ინჰიბიტორული ეფექტის და საფარის მუშაობაზე მისი გავლენის შესასწავლად, H13 ფოლადის ზედაპირზე მომზადდა WC გამაგრებული ნიკელზე დაფუძნებული საფარები Cr3C2-ის 0, 1%, 1.5%, 2% და 2.5%-იანი შემცველობით. საფარის მიკროსტრუქტურა გაანალიზდა სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიით (SEM) და შედარებული იქნა WC ნაწილაკების ზომისა და საფარის სხვადასხვა მორფოლოგიურ რეგიონში ელემენტების განაწილების ცვლილებები; საფარის ფაზური შემადგენლობა გაანალიზდა რენტგენის დიფრაქტომეტრით (XRD); საფარის სიმტკიცე გაანალიზდა მიკროსიმტკიცის ტესტერით; ხოლო საფარის ხახუნის და ცვეთის თვისებები შემოწმდა ხახუნისა და ცვეთის ტესტერით. შედეგები აჩვენებს, რომ Cr3C2-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეაფერხოს WC ნაწილაკების ზრდა, მაგრამ არსებობს ოპტიმალური მნიშვნელობა. Cr3C2-ის მიერ WC მარცვლების ზრდის შეფერხების მთავარი მიზეზი ის არის, რომ Cr3C2-ს შეუძლია შეამციროს WC-ის ხსნადობა შემაკავშირებელ ფაზაში. Cr3C2-ის დამატებით, საფარში ქრომის შემცველობა იზრდება და საფარის მიკროსიმაგრეც იზრდება. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2%-ია, საფარის მიკროსიმაგრე ყველაზე დიდია. Cr3C2 ინჰიბიტორით დაფარული საფარის ხახუნისა და ცვეთისადმი მდგრადობაც უკეთესია და ცვეთის მექანიზმი ძირითადად წებოვანი ცვეთაა.

H13 ფოლადი ფართოდ გამოიყენება ცხელი დამუშავების ყალიბების ინდუსტრიაში მისი უმაღლესი მექანიკური თვისებების გამო. თუმცა, რადგან ყალიბი დიდი ხნის განმავლობაში მუშაობს მაღალი ტემპერატურისა და ძლიერი ხახუნის პირობებში, ის ადვილად იშლება მოტეხილობის, ცვეთის და სხვა დაზიანებების გამო, ამიტომ ხშირად საჭიროა დაზიანებული ყალიბის შეკეთება. ლაზერული მოპირკეთების ტექნოლოგია დაზიანებული ყალიბების შეკეთება ან ყალიბიანი ფოლადის ზედაპირის პირდაპირ გამაგრება ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ტექნიკური საშუალებაა. ტრადიციულ შედუღების ტექნოლოგიასთან შედარებით, მას ახასიათებს სამუშაო ნაწილის მცირე დეფორმაცია გამაგრების პროცესში, დაბალი განზავების სიჩქარე და გამაგრების ფენის სისქის მარტივი კონტროლი. ამიტომ, ის სულ უფრო და უფრო ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში.

ყალიბის ან ყალიბის ფოლადის ზედაპირის გამაგრების დაზიანებული უბნის შეკეთებისას, მისი მუშაობის შემდგომი გაუმჯობესების მიზნით, მის ზედაპირზე ხშირად მზადდება კერამიკული ლითონის ბაზაზე დამზადებული მასალის საფარი, თუმცა საფარში კერამიკული გამაგრების ნაწილაკების განაწილება და ნაწილაკების ზომა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს საფარის ფენის მუშაობაზე. კვლევებმა აჩვენა, რომ როდესაც საფარის გამაგრების ფაზა შეიძლება გაიფანტოს და გამაგრების ფაზის ნაწილაკების დახვეწილობის ხარისხი მაღალია, საფარის მუშაობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს. წვრილმარცვლოვანი გამაგრება მნიშვნელოვანი საშუალებაა გამაგრების ფაზის ნაწილაკების ზომის შესამცირებლად და მისი გასაფანტად. ამჟამად, Cr3C2 ფართოდ გამოიყენება, როგორც მარცვლების ზრდის ინჰიბიტორი ცემენტირებული კარბიდის შედუღებისას. ლიუ შურონგმა და სხვებმა [15] შეისწავლეს Cr3C2-ის დამატების გავლენა WC-10Co შენადნობის მიკროსტრუქტურასა და თვისებებზე. შედეგებმა აჩვენა, რომ Cr3C2-ის მცირე რაოდენობას შეუძლია მნიშვნელოვნად დახვეწოს WC მარცვლები და გააუმჯობესოს ცემენტირებული კარბიდის შეკუმშვის სიმტკიცე, დაჟანგვისადმი წინააღმდეგობა და კოროზიისადმი წინააღმდეგობა. ლი ნინგმა და სხვებმა... [16]-ში შესწავლილია Cr3C2-ის როლი: Cr3C2 ინჰიბიტორის დამატებას შეუძლია ეფექტურად შეაფერხოს მარცვლების ზრდა, ხოლო ცემენტირებული კარბიდის მუშაობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია ინჰიბიტორების დამატების შემდეგ. ნინო ა-მ შეისწავლა Cr3C2-ის გავლენა WC-SiC მყარ კერამიკაზე და აღმოაჩინა, რომ Cr3C2-ის დამატებით, უხეში ფირფიტისებრი ნაწილაკები გარდაიქმნა წვრილ მარცვლებად და კერამიკის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. ლუიკს ს.-მ და სხვ. [20]-ში შეისწავლეს Cr3C2-ის გავლენა WC-Co-ს მარცვლის ზომაზე. შედეგებმა აჩვენა, რომ Cr3C2-ს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს მარცვლების დახვეწაზე. გარდა ამისა, Cr3C2-ს თავად აქვს მაღალი სიმტკიცე და ხშირად გამოიყენება როგორც გამაგრების ფაზა ლაზერული საფარით. ლინ ჩენგჰუმ და სხვ. გამოიყენეს ლაზერული საფარის ტექნოლოგია 45# ფოლადის ზედაპირზე ქრომის კარბიდ-ნიკელის ბაზაზე კომპოზიტური საფარის ადგილზე სინთეზირებისთვის. კვლევამ აჩვენა, რომ საფარის მიკროსიმტკიცე მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა, მიაღწია სუბსტრატისას 3.5-ჯერ მეტს; საფარს ჰქონდა მკვრივი სტრუქტურა და შესანიშნავი მუშაობა. ჟონგ ვენჰუამ და სხვებმა [22] შეისწავლეს ნიკელზე დაფუძნებული ქრომის კარბიდის საფარის მიკროსტრუქტურა და თვისებები. შედეგებმა აჩვენა, რომ ქრომის კარბიდის საფარის სიმტკიცე და ცვეთისადმი მდგრადობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა.

ზემოთ აღნიშნულ კვლევებში Cr3C2 ძირითადად გამოიყენებოდა მარცვლის ზრდის ინჰიბიტორად ცემენტირებული კარბიდის შედუღებისას და ის მხოლოდ გამაგრების ფაზად გამოიყენებოდა ლაზერულ საფარში. არ არსებობს ინფორმაცია Cr3C2-ის, როგორც ნაწილაკების ინჰიბიტორის გამოყენების შესახებ კერამიკული ლითონის ბაზაზე დამზადებული საფარში ფენებში. ეს ნაშრომი წარმოგვიდგენს Cr3C2-ს, როგორც მარცვლის ზრდის ინჰიბიტორს ლაზერულ საფარში, რათა შეისწავლოს Cr3C2-ის შემცველობის გავლენა ადგილზე წარმოქმნილი WC გამაგრების ნაწილაკების ნაწილაკების ზომაზე და მისი გავლენა ნიკელის საფარების სტრუქტურაზე, ფაზასა და მექანიკურ თვისებებზე.

1 ექსპერიმენტული მასალები, აღჭურვილობა და მეთოდები

1.1 ექსპერიმენტული მასალები

ექსპერიმენტული სუბსტრატი არის H13 ფოლადი, რომლის ზომებია 200 მმ × 40 მმ × 8 მმ. WC გამაგრებული ნაწილაკების ადგილზე წარმოქმნის მიზნით, საფარის ფხვნილი წარმოადგენს 65% Ni60-ის და 35% (W+C) ფხვნილის ნარევს, რომელსაც ემატება შესაბამისად 1%, 1.5%, 2% და 2.5% Cr3C2 ნაწილაკები. ფხვნილები იწონება და თავსდება ბურთულიან საფქვავ ჭურჭელში, ხოლო ექსპერიმენტი ტარდება პლანეტარულ ბურთულიან საფქვავზე ორსაათიანი ბურთულიანი დაფქვის შემდეგ. ფხვნილის სპეციფიკური თანაფარდობა და ექსპერიმენტული პროცესის პარამეტრები ნაჩვენებია ცხრილში 1.

1.2 ექსპერიმენტული აღჭურვილობა და მეთოდები

მოპირკეთებამდე, სუბსტრატის ზედაპირი დაფქული იყო ზედაპირის სიბრტყის უზრუნველსაყოფად, შემდეგ კი ზედაპირი გაიწმინდა უწყლო ეთანოლით და გაშრა. მოპირკეთების საფარი მომზადდა ILAM-3000 ბოჭკოვანი ლაზერული დამუშავების სისტემა Chengdu Qingshi Laser Technology Co., Ltd.LAMLH-SV ლაზერული საფარის თავი, HR-PFH-DT5NO6 სინქრონული ფხვნილის მიმწოდებელი, და როგორც ფხვნილის გადამტანი აირი, ასევე დამცავი აირი იყო აზოტი). საფარის ნიმუშები დაიჭრა 20 მმ × 20 მმ ნიმუშებად დეფორმაციის ჭრით, ხოლო საფარის მონაკვეთები გაპრიალდა, გაიწმინდა და დაიფარა შესაბამისად 200 mesh, 600 mesh და 800 mesh სახეხი ქაღალდით. საფარის ზედაპირი გაპრიალდა სარკისებურ ზედაპირამდე ნაკაწრების გარეშე მეტალოგრაფიული სახეხი მანქანისა და გასაპრიალებელი მანქანის გამოყენებით. საფარი დაზიანდა კოროზიული ხსნარით (წყალბადფტორმჟავა, აზოტმჟავა და წყლის მოცულობითი თანაფარდობა 2:4:7) 15 წამის განმავლობაში, შემდეგ გაიწმინდა უწყლო ეთანოლით და გაშრა. საფარის ფიზიკური შემადგენლობა დადგინდა აშშ-ში წარმოებული EDAX Genesis 2000 რენტგენის დიფრაქტომეტრით. საფარის მეტალოგრაფიული სტრუქტურა დაკვირვებული იქნა იაპონური Hitachi S-3400N სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპით. საფარის მიკროსიმაგრე შემოწმდა შანხაი ჯუჰუის მიერ წარმოებული HVS-1000 მიკროსიმაგრის ტესტერით. საფარის ხახუნისა და ცვეთის თვისებები შემოწმდა Jinan Shijin-ის მიერ წარმოებული MW-W1B ვერტიკალური უნივერსალური ხახუნისა და ცვეთის ტესტირების დანადგარით.

2 შედეგები და განხილვა

2.1 ფაზური ანალიზი

სურათი 1 გვიჩვენებს ადგილზე წარმოქმნილი WC გამაგრებული საფარის XRD სპექტრს Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობის პირობებში. როდესაც საფარს არ ემატება Cr3C2 ინჰიბიტორი, საფარის ძირითადი გამაგრების ფაზა WC ნაწილაკებია და წარმოქმნილი დიფრაქციული პიკი უფრო მაღალია, ხოლო Cr7C3-ის მცირე რაოდენობაა. ეს იმიტომ ხდება, რომ Ni60 ფხვნილში ქრომია. საფარის პროცესის დროს, Cr რეაგირებს C ელემენტთან ადგილზე რეაქციის გზით Cr7C3-ის წარმოქმნით. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 1%-ია, WC დიფრაქციული პიკი მნიშვნელოვნად მცირდება და საფარში ჩნდება Fe3W3C შუალედური ნაერთები, რაც მიუთითებს, რომ Cr3C2-ის დამატება აფერხებს WC-ის წარმოქმნას და ზოგიერთი W ელემენტი უერთდება Fe ელემენტებს სხვა ფაზების შესაქმნელად. ამავდროულად, საფარში FeNi3 რკინა-ნიკელის მყარი ხსნარის და FexC ცემენტიტის რაოდენობა მნიშვნელოვნად იზრდება.

Cr3C2-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, მიუხედავად იმისა, რომ საფარში WC გამაგრების ფაზის შემცველობა დიდად არ იცვლება, WC დიფრაქციული პიკის პიკური მნიშვნელობა იზრდება და საფარში წარმოიქმნება W2C, რაც აჩვენებს, რომ Cr3C2-ს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს WC-ის სინთეზსა და ზრდაზე. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა აგრძელებს ზრდას 2.5%-მდე, WC-ის სინთეზი და ზრდა მნიშვნელოვნად შეფერხებულია, WC დიფრაქციული პიკი მნიშვნელოვნად მცირდება და Cr3C2-ის და Cr7C3-ის შემცველობა კიდევ უფრო იზრდება.

2.2 მიკროსტრუქტურის ანალიზი

სურათი 2 გვიჩვენებს ადგილზე წარმოქმნილი WC-ით გამაგრებული ნიკელის ბაზაზე დამზადებული საფარისა და Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობის სუბსტრატის ინტერფეისის დიაგრამას. ჩანს, რომ თითოეულ საფარსა და სუბსტრატს შორის წარმოიქმნება მკვრივი და საიმედო კავშირი და არ არსებობს დეფექტები, როგორიცაა ფორები და ბზარები.

სურათი 3 გვიჩვენებს ადგილზე წარმოქმნილი WC-ით გამაგრებული ნიკელის ბაზაზე დამზადებული საფარის მიკროსტრუქტურის დიაგრამას Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობის დროს. ორგანიზაციაში შესაბამისი გაძლიერებული ფართობის დასადგენად, ენერგიის დისპერსიული სპექტრომეტრი (EDS) პირველად გამოიყენეს WC-ით გამაგრებული ნიკელის ბაზაზე დამზადებული საფარის ფართობის შემადგენლობის გასაანალიზებლად Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობის დროს. ცხრილი 2 გვიჩვენებს Cr3C2 საფარის თითოეული წერტილის (P1, P2, P3, P4, P5) ელემენტის მასის პროცენტულ და ატომურ პროცენტულ მაჩვენებლებს. P1 წერტილში, C-სა და W-ს ატომური თანაფარდობა დაახლოებით 1.5:1-ია, რაც მიუთითებს, რომ ამ არეში მთავარი ფაზაა WC, ქრომის კარბიდისა და ცემენტიტის მცირე რაოდენობით. P2 და P3 წერტილებში, C ატომების W-ს იგივე მოლური რაოდენობით მოცილების შემდეგ, დარჩენილი C-სა და Cr ატომური თანაფარდობა დაახლოებით 2:3-ია, რაც მიუთითებს, რომ წერტილოვან არეში ფაზა ძირითადად WC-ია, ხოლო საერთო ფაზა ძირითადად WC-სა და Cr3C2-ის ევტექტიკაა. P4 და P5 წერტილებში W-ს ატომური პროცენტული მაჩვენებელი მნიშვნელოვნად შემცირებულია, ხოლო C-სა და Cr-ს ატომური პროცენტული მაჩვენებელი გაზრდილია, რაც მიუთითებს, რომ წერტილოვანი ფართობი კვლავ WC-სა და Cr3C2-ის ევტექტიკაა, მაგრამ WC-ს რაოდენობა მნიშვნელოვნად შემცირებულია, რაც თანხვედრაშია მე-2.1 ნაწილში ფაზური ანალიზის შედეგებთან.

მიკროსტრუქტურიდან: საფარის მიკროსტრუქტურის მორფოლოგია, ნაწილაკების ზომა და განაწილება მნიშვნელოვნად განსხვავდება საფარში Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობისას. ნახაზ 3ა-ზე Cr3C2-ის გარეშე საფარში, გამაგრების ნაწილაკების ზომა ძირითადად კონცენტრირებულია 6-დან 10 მკმ-მდე და აქვს უხეში ფურცლების ფორმა; ნახაზ 3ბ-ზე, როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 1%-ია, საფარში ფურცლის ფორმის ფართობის ზომა დიდად არ იცვლება და ზომა ძირითადად კონცენტრირებულია 6-დან 8 მკმ-მდე, მაგრამ ადგილობრივი ფურცლის ფორმის მასალა იშლება, ქმნის აგრეგატებს მცირე ხარვეზებით. ეს იმიტომ ხდება, რომ Cr3C2-ის მცირე რაოდენობას შეუძლია გარკვეულწილად შეაფერხოს გამაგრების ნაწილაკების ზრდა, მაგრამ დამთრგუნველი ეფექტი შეზღუდულია და მარცვლები მაინც მიდრეკილნი არიან აგრეგაციისკენ. ნახაზ 3გ-ზე, როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 1.5%-ია, საფარში თავდაპირველი უხეში ფურცლის ფორმის მასალა და აგრეგატები მნიშვნელოვნად მცირდება, ქსოვილებს შორის ხარვეზები მნიშვნელოვნად გადიდებულია და ჩნდება პატარა ფურცლის ფორმის და ოთხკუთხა ფანტელებისებრი მასალები. ეს იმიტომ ხდება, რომ გამაგრებული ნაწილაკების ზომაზე დამთრგუნველი ეფექტი უფრო აშკარა იქნება Cr3C2-ის შემცველობის გაზრდის შემდეგ და მარცვლების საერთო ზომის 2-დან 4 მკმ-მდე კონცენტრირების შემდეგ. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 3d-ზე, როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2%-ია, საფარში ნაწილაკების აგრეგაციის ფენომენი მნიშვნელოვნად ქრება და ნაწილაკები გარდაიქმნება მცირე ზომის ფანტელების ნაწილაკებად, მუდმივი ფორმით და ერთგვაროვანი განაწილებით, 1-2 მკმ ზომით. ეს აჩვენებს, რომ ამ დროს Cr3C2-ის შემცველობა სრულად აფერხებს გამაგრებული ნაწილაკების ზრდას საფარში და ნაწილაკებს არ აქვთ ზრდისა და აგრეგაციის შანსი. აშკარა დახვეწის ეფექტი გამაგრებულ ნაწილაკებს პატარა ფანტელების ნაწილაკებად აქცევს. გამაგრებული ნაწილაკების დახვეწა ზრდის გამდნარი გუბეს სითხეს და ამცირებს შეჯახებას, რაც გამაგრებული ფაზის განაწილებას უფრო ერთგვაროვანს ხდის. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2.5%-ია, მარცვლების დახვეწის ეფექტი დიდად არ იცვლება 2%-თან შედარებით, მაგრამ ნაწილაკების მორფოლოგია იცვლება და ჩნდება აშკარა კიდეები და კუთხეები. ეს აჩვენებს, რომ რაც უფრო მეტი Cr3C2 მარცვლის ინჰიბიტორია, მით უკეთესი, მაგრამ არსებობს ოპტიმალური მნიშვნელობა. როდესაც ეს ოპტიმალური მნიშვნელობა გადაჭარბებულია, მარცვლის ზომა მნიშვნელოვნად აღარ შეიცვლება და Cr3C2 არის მყარი ფაზა მაღალი სიმტკიცით. ​​გამდნარი ფხვნილის ნაკადისას, ის ადვილად ეჯახება სხვა ფაზებს, რაც იწვევს შეჯახების დეფექტებს და ნაწილაკებში კიდეებისა და კუთხეების წარმოქმნას.

Cr3C2-ის მარცვლის ზრდის შეფერხების მიზეზი ის არის, რომ ის ამცირებს მარცვლის ზრდის მამოძრავებელ ძალას და ანელებს გახსნისა და დალექვის პროცესს. მცირე ნაწილაკები, როგორიცაა W და C, თავდაპირველად იხსნება შემაკავშირებელ ფაზაში. როდესაც გახსნილი W და C ატომები შემაკავშირებელ ფაზაში გაჯერებულ ხსნადობას აღწევენ, WC ნაწილაკები იწყებენ დალექვას. დამატებული Cr3C2 ინჰიბიტორი შეიძლება უპირატესად გაიხსნას შემაკავშირებელ ფაზაში, რაც ამცირებს WC კრისტალების ხსნადობას შემაკავშირებელ ფაზაში. ამრიგად, WC-ის ზრდის ტენდენცია შემაკავშირებელ ფაზაში შეფერხდება, რაც აჩვენებს, რომ WC მარცვლის ზომა მცირეა და მარცვლის ზრდის მორფოლოგია ერთგვაროვანია.

2.3 მიკროსიმაგრის ანალიზი

მოპირკეთების ფენა მავთულით იჭრება ვერტიკალური მონაკვეთის გასწვრივ და სიმტკიცის გაზომვამდე მონაკვეთი დაფქულია, გაპრიალებულია და კოროზირებულია. სურათი 4 გვიჩვენებს WC-ის არმირებული ნიკელის ბაზაზე დამზადებული საფარის მიკროსიმაგრის ცვლილების მრუდს Cr3C2-ის სხვადასხვა შემცველობით. სიმტკიცის ტესტის წერტილები განაწილებულია 7 მოპირკეთების ფენად, 3 თერმულად დაზიანებულ ზონად და 2 სუბსტრატად. როგორც სურათიდან ჩანს, როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2%-ია, საფარის მიკროსიმაგრის მნიშვნელობა ყველაზე მაღალია, საშუალოდ 1064HV0.5; როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 0, 1%, 1.5% და 2.5% არის, საფარის საშუალო მიკროსიმაგრე შესაბამისად 755HV0.5, 852HV0.5, 900HV0.5, 995HV0.5-ია, რაც 3-ჯერ მეტია სუბსტრატის მიკროსიმაგრეზე (232 HV0.5).

მიკროსიმაგრე დაკავშირებულია საფარში გამაგრების ფაზის ნაწილაკების ზომასთან და განაწილებასთან. პირველ რიგში, Cr3C2-ის დამატების შემდეგ, WC გამაგრების ნაწილაკები წვრილად და თანაბრად ნაწილდება საფარში, რაც როლს ასრულებს წვრილმარცვლოვანი გამაგრებაში და თითოეული სატესტო წერტილის სიმაგრის ცვლილებაში მნიშვნელოვანი რყევა არ შეინიშნება. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2%-ია, საფარში WC გამაგრების ფაზის ნაწილაკები მრგვალია და ორგანიზაციებს შორის არსებული ხარვეზები მცირეა, ხოლო საფარის მიკროსიმაგრე ყველაზე მაღალია. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2.5%-ია, წვრილმარცვლოვანი გამაგრების ეფექტი აღარ არის მნიშვნელოვანი; პირიქით, Cr3C2-ის ჭარბი რაოდენობა აზიანებს გამაგრების ნაწილაკებს მასის გადაცემის პროცესის დროს გამდნარი მასის გუბეში, რაც ზრდის ნაწილაკების დეფექტებს. გარდა ამისა, საფარში მარცვლებს შორის არსებული ხარვეზები დიდია და მიკროსტრუქტურის განაწილება არათანაბარია, რაც იწვევს საფარის სიმტკიცის შემცირებას.

სხვადასხვა Cr3C2 შემცველობის მქონე საფარის სიმტკიცის შედარებისას, ჩანს, რომ თითოეული საფარის სიმტკიცის ყველაზე დაბალი წერტილი საფარის ქვედა ნაწილშია. სურათი 5 გვიჩვენებს საფარის ქვედა მიკროსტრუქტურას, როდესაც Cr3C2 შემცველობა 2%-ია. სურათიდან ჩანს, რომ ქვედა ნაწილში არმატურის ნაწილაკები მოწესრიგებულად არის განლაგებული და უფრო მეტად არის განაწილებული; სუბსტრატთან ახლოს ყველაზე ქვედა ნაწილი ნაცრისფერი ნიკელის ბაზაზე დაფუძნებული სტრუქტურაა და მიკროსიმტკიცე მნიშვნელოვნად შემცირებულია. ეს იმიტომ ხდება, რომ ეს ძირითადად შეერთების არეა. მოპირკეთების პროცესის დროს, სუბსტრატი დნება, რაც იწვევს რკინის ელემენტის ნაწილის ძირში მოხვედრას. მოპირკეთების ფენადა ფაზაში მეტი რკინა-ნიკელის მყარი ხსნარია, რაც იწვევს საფარის ძირის სიმტკიცის შემცირებას.

2.4 ხახუნისა და ცვეთის მახასიათებლების ანალიზი

საფარის ცვეთის მახასიათებლებზე Cr3C2-ის გავლენის გასაანალიზებლად, ადგილზე წარმოქმნილი WC-გამაგრებული Ni-ზე დაფუძნებული საფარის ხახუნისა და ცვეთის მახასიათებლები Cr3C2-ის გარეშე და 2% Cr3C2-ის შემცველი საფარის ხახუნისა და ცვეთის მახასიათებლები გამოსცადეს MW-W1B ხახუნისა და ცვეთის ტესტერზე. ტესტის დაწყებამდე, საფარის ზედაპირი დამუშავდა ზედაპირის სახეხით, რათა მისი უხეშობა Ra 3.2 μm-მდე მიღწეულიყო. ტესტის დროს ტესტის წნევა იყო 30 N, სიჩქარე - 60 ბრ/წთ, ხოლო ხახუნის ბრუნვის მომენტი - 2 000 N·მმ. სახეხი წყვილი მასალა იყო 99% Al2O3, ხოლო სიმტკიცე - 1 400~1 600 HV.

სურათი 5 გვიჩვენებს WC-ით გამაგრებული საფარის ცვეთის ცვლილებებს Cr3C2-ის გარეშე და WC-ით გამაგრებული საფარის ცვეთის ცვლილებებს 2%-იანი Cr3C2-ით, შესაბამისად, 30 წუთის, 60 წუთის და 90 წუთის შემდეგ.

როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 5-ში, Cr3C2 შემცველი საფარის ცვეთის დანაკარგი სამ სხვადასხვა პერიოდში ნაკლებია, ვიდრე Cr3C2 ინჰიბიტორის გარეშე საფარის. ეს იმიტომ ხდება, რომ Cr3C2 ინჰიბიტორის დამატების შემდეგ, Cr3C2-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეაფერხოს WC კრისტალების ზრდა. საფარში WC არა მხოლოდ მცირე ნაწილაკებით არის შედგენილი, არამედ თანაბრად არის განაწილებული საფარში, რაც ზრდის საფარის სიმტკიცეს. ამავდროულად, წვრილმარცვლოვან მასებს შეუძლიათ ეფექტურად შეაფერხონ ცვეთის მოძრაობის წარმოქმნა. შესაბამისად, Cr3C2 ინჰიბიტორით დაფარული საფარის ცვეთის დანაკარგი უფრო მცირეა.

სურათი 6 გვიჩვენებს ნიკელზე დაფუძნებული WC გამაგრებული საფარის ცვეთის მორფოლოგიას 90 წუთიანი ცვეთის შემდეგ. როგორც სურათი 7-დან ჩანს, Cr3C2 ინჰიბიტორის გარეშე WC გამაგრებული საფარის ცვეთის არეალში დიდი რაოდენობითაა ადჰეზიური აგრეგაცია და ხახუნის შემდეგ ზედაპირის უხეშობა სუსტია. გადიდებული სურათიდან ჩანს, რომ უმეტესი უბნები ძირითადად წებოვანი ცვეთის საგანია, გამაგრების ნაწილაკები შედარებით აგრეგირებულია და ნაწილაკების ზომა დიდია. ამ არეალში აშკარა ადჰეზიური აგრეგაცია არ არის, რაც მიუთითებს, რომ გამაგრების ნაწილაკები დამხმარე როლს ასრულებენ, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ცვეთის რაოდენობას, მაშინ როდესაც ადჰეზიური აგრეგაციის არეალში შეიძლება არ იყოს ან მცირე იყოს გამაგრების ნაწილაკების მხარდაჭერა, რაც იწვევს ნიკელზე დაფუძნებული საფარის ცვეთას და დიდი რაოდენობით აგრეგაციას. საფარის ცვეთის მექანიზმი ძირითადად წებოვანი ცვეთაა.

სურათი 8 გვიჩვენებს 2%-იანი Cr3C2 ინჰიბიტორით გამაგრებული ნიკელის ბაზაზე დამზადებული WC საფარის ცვეთის მორფოლოგიას. ცვეთის არეალსა და საფარის მორფოლოგიას შორის საზღვარი აშკარა არ არის და გადიდებული სურათიდან ჩანს, რომ ცვეთის არეალში გამაგრების ფაზა წვრილი და თანაბრად არის განაწილებული და ცვეთის შემდეგ მხოლოდ მცირე რაოდენობით არის ადჰეზია და ღარები. ეს იმიტომ ხდება, რომ Cr3C2-ს აქვს მნიშვნელოვანი დახვეწილობა და ერთგვაროვანი განაწილების ეფექტი WC ნაწილაკებზე, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს საფარის ცვეთისადმი მდგრადობას და აუმჯობესებს მის კონსისტენციას. საფარის ცვეთის მექანიზმი კვლავ ვლინდება წებოვანი ცვეთისა და აბრაზიული ცვეთის სახით.

დასკვნა

Cr3C2, როგორც WC გამაგრების ნაწილაკების ინჰიბიტორი, ძირითადად შემდეგ ეფექტს მოახდენს საფარის სტრუქტურასა და თვისებებზე:

(1) როდესაც Cr3C2-ის შემცველობაა 0, 1%, 1.5% და 2%, საფარში არსებული გამაგრების ნაწილაკები ყველა დახვეწილია, თანდათანობით იცვლება დიდი ფურცლის ფორმის ნივთიერებებიდან პატარა ფანტელისებრ ნაწილაკებად. როდესაც Cr3C2-ის შემცველობაა 2%, გამაგრების ნაწილაკები მომრგვალებულია და თანაბრად ნაწილდება მთელ საფარში; მაგრამ როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა აგრძელებს ზრდას 2.5%-მდე, საფარში მარცვლის ზომა აღარ მცირდება და კიდევ უფრო იზრდება და აგრეგირდება. ეს აჩვენებს, რომ არსებობს Cr3C2-ის, როგორც მარცვლის ინჰიბიტორის დამატების ოპტიმალური მნიშვნელობა და 2% საუკეთესოა ექსპერიმენტების ამ ჯგუფში.

(2) Cr3C2 ინჰიბიტორის დამატებით საფარის მიკროსიმაგრე მნიშვნელოვნად იზრდება და საფარის მიკროსიმაგრე ყველაზე მაღალია, როდესაც Cr3C2-ის შემცველობა 2%-ია. საშუალო მიკროსიმაგრეა 1 064 HV0.5, რაც 4-ჯერ მეტია სუბსტრატისაზე. ეს ძირითადად იმიტომ ხდება, რომ Cr3C2 WC გამაგრების ნაწილაკებს წვრილად და თანაბრად ანაწილებს საფარში, რაც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წვრილმარცვლოვანი გამაგრების პროცესში. Cr3C2 ინჰიბიტორის დამატებით საფარის ხახუნის და ცვეთის თვისებები ასევე მნიშვნელოვნად უკეთესია, ვიდრე Cr3C2-ის გარეშე საფარის, ხოლო ცვეთის მექანიზმი ძირითადად ვლინდება წებოვანი ცვეთის მცირე რაოდენობით.