Исследование структуры теплозащитных плазменных покрытий с использованием спектрометрии ядерного обратного рассеяния

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения срока эксплуатации изделий аэрокосмической отрасли путем разработки методов нанесения теплозащитных покрытий на конструкционные материалы изделий. Цель работы: исследование структуры теплозащитных покрытий, получаемых плазменным напылением стабилизированного диоксида циркония. Методы исследования: спектрометрия ядерного обратного рассеяния (ЯОР). Результаты: методом спектрометрии ядерного обратного рассеяния исследована структура и элементный состав покрытий, формируемых плазменным напылением стабилизированного порошка диоксида циркония, и определены их толщины. Установлено наличие переходного слоя между покрытием и подложкой толщиной ~5 мкм. Путем сопоставления геометрической и массовой толщин покрытий определена их пористость (20...30 %). Обнаружено, что из-за высоких скоростей нанесения покрытий в динамическом вакууме в случае послойного напыления порошков диоксида циркония и никеля может происходить формирование слоя со смешанным элементным составом, при этом пористость покрытий уменьшается с увеличением количества наносимых слоев. Для структуры покрытия, полученного при плазменном напылении через маску с отверстиями, методом ЯОР установлена периодически изменяющаяся по поверхности толщина покрытия.Неоднородная волна, интерференция, клиновидная пластина, волновое поле, теория упругости.

The work motivation is caused by the need to increase service life of aerospace components by developing the methods of thermal barrier coatings on structural materials The main aim of the paper is to study thermal barrier coating structures formed by plasma spraying of yttria-stabilized zirconia. The methods used in the study is the nuclear backscattering spectrometry. The results: Using the methods of nuclear backscattering spectrometry the authors have investigated the element composition, structure and thickness of plasma-sprayed yttria-stabilized zirconia coatings. The intermediate layer between coatings and base material was founded. The total porosity of the coatings, evaluated by comparison of mass? and geometric thicknesses, is 20...30 %. It was shown, that due to high speeds of low-pressure plasma spraying the mixed coatings can be formed in case of layer-by-layer deposition of nickel and yttria-stabilized zirconia powders. The total porosity tends to decrease with the increase number of layers. For the coating formed by plasma spraying through the mask with holes, the periodically changing coating thickness was determined.