SADRŽAJ

UVOD..............................................................................................................................................31.METODE......................................................................................................................................4 1.1.Magnetske metode..................................................................................................................4 1.2.Metoda vrtložnih struja...........................................................................................................4 1.3.Metoda povratne disperzije β-zraka........................................................................................5 1.4.Metoda rendgenske fluorescencije..........................................................................................5 1.5.Kapacitivna metoda................................................................................................................52.ZAŠTITA METALA PREVLAKAMA.......................................................................................6 2.1.Priprema površine metala.......................................................................................................6 2.2.Metalne prevlake....................................................................................................................6 2.3.Anorganske prevlake..............................................................................................................8 2.4.Organske prevlake..................................................................................................................93.MERAČI DEBLJINE PREVLAKA.............................................................................................94.PREVLAKE OD LEGURA........................................................................................................115.KARAKTERIZACIJA WCCo/NiCrBSi PREVLAKE OTPORNE NA HABANJE.................12 5.1.Detalji eksperimenta i materijal............................................................................................13 5.2.Ispitivanje mikrotvrdoće, čvrstoće spoja i mikrostrukture...................................................13 5.3.Tribološka ispitivanja............................................................................................................15 5.4.Mikrostruktura prevlake, mikrotvrdoće i čvrstoća spoja prevlaka.......................................15 5.5.Tribološka svojstva...............................................................................................................176.ISPITIVANJE STRUKTURNIH I MEHANIČKIH OSOBINA PREVLAKA

SA POVIŠENOM OTPORNOŠĆU NA HABANJE.................................................................18 6.1.Teorijska razmatranja...........................................................................................................18 6.2.Eksperiment..........................................................................................................................19 6.3.Rezultati i diskusija..............................................................................................................20 6.4.Prevlaka Al2O33TiO2 Prevlaka WC12Co..........................................................................207.ISPITIVANJE PREVLAKE MEHANIČKIH I STRUKTURNO-MORFOLOŠKIH ZAŠTITA MATERIJALA.............................................................................................................................21 7.1.Eksperimentalni deo.............................................................................................................22 7.2.Rezultati i diskusija...............................................................................................................23 7.3.Otisak nastao kao rezultat merenja mikrotvrdoće prevlake..................................................268.UTICAJ BRZINE DEPOZICIJE PRAHA NA MEHANIČKE KARAKTERISTIKE I STRUKTURU APS – NICR/AL PREVLAKE.............................................................................27 8.1.Detalji eksperimenta i materijal............................................................................................29 8.2.Ispitivanje mikrotvrdoće, čvrstoće spoja i mikrostrukture...................................................31 8.2.1.Ispitivanja i karakterizacija slojeva prevlake rađena su prema TURBOMEKA standardu.....................................................................................................................31

8.2.2.Ispitivanje čvrstoće spoja između prevlake i osnove je metoda ispitivanja zatezanjem na kidanje....................................................................................................................31

8.3.Rezultati i diskusija...............................................................................................................319.ISPITIVANJE PREVLAKA Zn-Co LEGURA DOBIJENIH PULSIRAJUĆOM STRUJOM..33 9.1.Eksperimentalni deo..............................................................................................................34 9.2.Rezultati i diskusija...............................................................................................................35 9.2.1.Iskorišćenje struje........................................................................................................35

1

9.2.2. Morfologija prevlaka Zn–Co legure...........................................................................37 9.2.3.Makrohrapavost prevlaka Zn–Co legura.....................................................................38 9.2.4.Koroziona stabilnost prevlaka Zn–Co legura..............................................................39 9.3.Praćenje korozionog potencijala...........................................................................................40 9.4.Polarizaciona merenja...........................................................................................................41ZAKLJUČAK................................................................................................................................44LITERATURA..............................................................................................................................45

2

UVOD

Konstrukcijski materijali podložni su štetnim promenama tj. nenamernim pojavama i procesima koji smanjuju njihovu upotrebnu vrednost. Te promene slede izvesni kontinuitet i obuhvataju materijale od trenutka njihovog dobijanja, pa sve do odlaganja na otpad ili recikliranja. Takvo propadanje konstrukcijskih materijala nastoji se sprečiti ili usporiti postupcima i merama posebne tehnološke discipline koja se obično naziva površinskom zaštitom, budući da štetne pojave i procesi uglavnom i počinju na samoj površini materijala. Razvoj industrije i sve veća proizvodnja željeza i čelika te potreba njihove zaštite od korozije potakli su sve veću primenu prevlaka i premaza. Svrha je zaštitnih prevlaka i premaza da dovoljno dugo štite konstrukcijski materijal na koji su nanesene od štetnih uticaja okoline, tj. od trošenja korozijom, abrazijom, erozijom ili kavitacijom, od pojava zamora, pukotina, loma i puzanja, od bubrenja i izluživanja, razaranja biološkim čimbenicima, oštećivanja svetlošću ili radiacijom itd. Zaštitna funkcija prevlaka i premaza ostvaruje se prvenstveno odvajanjem materijala podloge od okoline, pa one same moraju biti dovoljno postojane i trajne u uslovima eksploatacije. Stoga je najvažnije tehničko svojstvo prevlaka i premaza njihova trajnost, tj. vek trajanja. Za tzv. trajnu zaštitu u toku eksploatacije traženi vek trajanja varira do 10 godina. Samo za tzv. privremenu zaštitu, tj. za međuoperacijsko, transportno, skladišno i sezonsko konzerviranje, trajnost prevlake je od 0.5 do 2 godine. Mnogim prevlakama osnovna svrha nije zaštita materijala, već poboljšanje estetskog izgleda (dekorativne prevlake) ili promena električnih, toplinskih, optičkih i drugih svojstava površine konstrukcije (funkcionalne prevlake). Neke se prevlake i premazi primenjuju u svrhu popravka pohabanih ili škartnih delova povećanjem dimenzija do propisanih vrednosti (reparaturne prevlake). Treba naglasiti da je i za te prevlake vrlo značajna njihova trajnost, pa prema tome i zaštitna uloga, budući da bi bez nje svi ostali korisni efekti nanošenja prevlaka i premaza bili kratkog veka.

3

1.METODE

Metode ispitivanja kod prevlaka, dele se na: - magnetske metode,- metodu vrtložnih struja,- metodu povratne disperzije β-zraka, - metodu rendgenske fluorescencije, - kapacitivnu metodu, - optičke i druge metode.

1.1.Magnetske metode

Merenje magnetskim metodama je moguće ako se magnetska svojstva prevlake i podloge dovoljno razlikuju. Uređaji za merenje debljine premaza sa permanentnim magnetom mogu se upotrebljavati za određivanje debljine filmova premaza koji su naneseni na magnetične podloge kao što su čelik, željezo, magnetični nehrđajući čelik, itd. osiguravajući da je premaz nemagnetičan. Materijali kao što su nikal i kobalt koji su prirodno magnetični trebaju se posebno tretirati, dok boje koje sadrže magnetične čestice kao što su magnetični željezni oksid mogu uzrokovati grešku ukoliko se upotrebljavaju uređaji za merenje debljine sa permanentnim magnetom. Ovi jednostavni magnetski uređaji za merenje debljine premaza koriste princip da je privlačna sila između permanentnog magneta i magnetične metalne podloge obrnuto proporcionalna s udaljenošću među njima. Osnovna ograničenja kod primene ovih uređaja su:

1. film mora biti dovoljno čvrst da se spreči urezivanje i 2. film ne sme biti lepljiv tako da sadrži magnet za površinu premaza.

1.2.Metoda vrtložnih struja

Merenje debljine filma metodom vrtložnih struja temelji se na razlici u električnoj vodljivosti između prevlake i podloge. Metoda vrtložnih struja za merenje debljine filma premaza se primenjuje na premazima nemagnetičnih metala. Ne može se koristiti za merenje debljine filma na neravnim površinama, kao ni na platiniranim materijalima. Bazira se na efektu da visoko frekventno izmenično polje (3 MHz) postaje električki vodljiva površina uzrokujući vrlo lokaliziran strujni tok vrtložnih struja. Ove struje kreiraju svoju vlastitu impedanciju u zavojnici stvarajući visoko frekventno polje. Veličina impedancije je funkcija udaljenosti merne sonde od površine metala, odnosno debljine premaznog filma. Skala instrumenta je kalibrirana u jedinicama debljine premaza.Prilikom ispitivanja uzorak se ne oštećuje. Za osiguranje tačnosti vrlo je važna kalibracija instrumenta, odnosno podešavanja nule na pomoćnom komadu metala istog tipa, istog oblika i debljine, kao i uzorak koji će se meriti. Merna sonda se postavi na površinu za ispitivanje pomoćnog uzorka i odredi nul-tačka. Dostupni instrumenti koriste analogni, digitalni ili mikroprocesorski dizajn. Mnogi mikroprocesorski instrumenti nude dvostruku mogućnost za elektromagnetsku indukciju na željeznim (F) i neželjeznim (N) materijalima s instrumentom koji koristi princip vrtložnih struja i koji ima dva različita dizajna sondi. Ovaj tip merača je opisan ASTM (D1400) normom.

4

1.3.Metoda povratne disperzije β-zraka

Metoda povratne disperzije β-zraka služi za merenje debljine prevlaka na temelju ovisnosti refleksije tih zraka (tj. mlaza elektrona) od nekog materijala o rednom (atomskom) broju njegovih atoma. Elektroni se pri refleksiji odbijaju u različitim smjerovima pa se ta pojava naziva povratnom disperzijom.

1.4.Metoda rendgenske fluorescencije

Metoda rendgenske fluorescencije služi za kontrolu gotovo svih kombinacija prevlaka/podloga, a temelji se na izlaganju uzorka X-zrakama, što izaziva sekundarno zračenje s valnom daljinom zavisnom o rednom broju prisutnih atoma. Kako X-zrake prodiru kroz film i jednim delom kroz podlogu, u spektru fluorescentnog zračenja biti će valnih daljina karakterističnih za oba materijala. Što je debljina filma veća, intenzitet njene fluorescencije je veći, a intenzitet fluorescencije podloge manji. Maksimalne merljive debljine iznose obično od 8 do 80 μm, ali je donja granica merljivosti čak 0.02 μm.

1.5.Kapacitivna metoda

Kapacitivna metoda može poslužiti za merenje debljine nevodljivih prevlaka sa poznatom dielektričnošću na vodljivim (obično metalnim) podlogama. Meri se kapacitet kondenzatora C koji čini uzorak s prevlakom i prislonjenom metalnom pločicom površine S. Tada je debljina prevlake:

CSroεεδ= (2)

gde je εr relativna dielektričnost prevlake (npr. za Al2O3 ~ 7,5), ε◦ dieletrična konstanta

vakuuma (8,85 × 10-12 F m-1) i C izmereni kapacitet.

Nerazorne optičke metode koriste se za kontrolu debljine prozirnih prevlaka, pri čemu se meri: - pomak optičkog sastava mikroskopa kada se slika fokusira na površinu prevlake (obično označene mekom olovkom), odnosno podloge, - razmak između brazda nastalih izlaganjem uzorka monokromatskom svetlu poznate valne daljine, tj. interferencijom zraka odbijenih od površine prevlake sa zrakama odbijenim od podloge,

- razmak između dve interferencijske brazde nastale iz zraka što pod uglom od 45○ pada na uzorak dajući zraku koja se odbija od prevlake i zraku koja se odbija od podloge (metoda svetlosnog preseka), - promena ponašanja polariziranog svetla pri refleksiji od osvetlenog uzorka na kojem se nalazi prozirna prevlaka (elipsometrija), - intenzivnost refleksije svetla s obojenog uzorka anodiziranog aluminija (fotoelektrički postupak merenja dubine nijanse).

5

2.ZAŠTITA METALA PREVLAKAMA

Zaštita metala prevlakama je danas najrašireniji oblik zaštite metala od korozije. Prevlačenje metala predstavlja dugotrajnu zaštitu bilo da se radi o atmosferskim uticajima, ili o uticajima najagresivnijih hemijskih spojeva. Glavna funkcija prevlaka je da izolira osnovni materijal koji je korozivan, od medija koji ga okružuje i koji dovodi do korozije, zbog njegovog hemijskog delovanja s osnovnim materijalom. Prevlaka zato mora biti postojana na svim delovima materijala koji se štiti. Pojava bilo kakve nesavršenosti ili neprekrivanja podloge dovodi do razvoja korozije na tom mestu. Kvaliteta presvlake zavisi o mnogo faktora. Neki od najbitnijih faktora su pripremljenost površine, kvaliteta prevlake, debljina prevlake, tvrdoća na mehanička oštećenja, hemijska postojanost. Prevlake se mogu koristiti ne samo kao korozijske zaštita nego i kao površine koje pridonose većoj kvaliteti proizvoda kao na primer, bolja finasijska svojstva, bolja lemljivost, poboljšavanje određenih električnih svojstava itd. Prevlake mogu biti grubo podeljene u tri glavne skupine:1.metalne prevlake,2.anorganske prevlake,3.organske prevlake.

2.1.Priprema površine metala

Korektno izvođenje tehnoloških operacija od izuzetne je važnosti u tehnologiji nanošenja premaza. Pod time podrazumevamo pripremu podloge za nanošenje premaza tj. čišćenje i pripremanje materijala radi što boljeg prianjanja prevlake. Nanošenje premaza na ne pripremljenu ili ne adekvatno pripremljenu površinu rezultira ne kvalitetnom prevlakom. Nečistoće se uklanjaju postupcima čiji karakter i redosled zavise o stupnju onečišćenja, vrsti prevlake i željenom izgledu proizvoda. Postupci pripreme površine pre zaštitnog presvlačenja su:• mehanički,• hemijski,• elektrohemijski,• termičkom obradom,• odmašćivanje.

2.2.Metalne prevlake

Metalne prevlake najčešće se nanose jednom od sledećih tehnika:-vruće uranjanje,-elektrodepozicija,-štrcanje,-difuzija,-navarivanje,-vakuumska depozicija,-ionska izmena,-oblaganje ili platiranje, Metalne prevlake mogu imati galvansko delovanje (u nekim literaturama se navode kao anodne prevlake, npr. cinkove, manganske, kadmijeve i aluminijske prevlake) ili metal s kojim

6

se prevlači može imati bolja antikorozivna svojstva tako da služi za odvajanje osnovnog materijala od okoline (u nekim literaturama se nazivaju katodne prevlake, npr. prevlake nikla, hroma i olova). Prevlake metalom koji ima galvansko delovanje su danas u širokoj upotrebi. Kadmijeve prevlake se danas izbegavaju zbog svoje toksičnosti. Prevlake s anodnim delovanjem imaju zadatak ne samo zaštititi osnovni materijal izoliranjem okolnog medija, već i elektrohemijski zaštititi osnovni materijal. Elektrohemijska zaštita je moguća zbog toga što metal kojim se prevlači osnovni materijal ima negativniji elektrodni potencijal od osnovnog materijala (najčešće čelik). Uporedba korozijskih potencijala metala prevlake i čelika prema zasićenoj kalomel elektrodi u 3% otopini NaCl prikazana je u tabeli 1.

Tabela 1. Uporedba potencijala nekih metala u 3% otopini NaCl EKOR vs ZKE [V]

Galvanske metalne prevlake štite materijal na tri načina.

-Primarno barijerno delovanje. Proces stvaranja površinskih oksidnih slojeva koji imaju dobru otpornost na koroziju odvija se gotovo trenutno. Primeri: stvaranje Al2O3 na aluminijskim prevlakama ili stvaranje ZnO na cinkovim prevlakama

-Sekundarno barijerno delovanje. Pod uticajem atmosfera stvaraju se korozijski produkti na površini metalne prevlake koji predstavljaju zaštitni sloj. Ta barijera ima svojstvo samoobnovljivosti, tako da vreme zaštite osnovnog 10 materijala uvelike zavisi sekundarnom barijernom delovanju korozijskih produkata.

-Galvansko delovanje. Galvansko delovanje nastaje na mestima na kojima je zbog različitih razloga nastalo oštećivanje metalne prevlake te je osnovni metal izložen atmosferskim uticajima. Na mestu oštećenja javlja se galvanski članak, a kako je prevlaka elektronegativnija od osnovnog materijala ona se otapa i djeluje kao anoda. Taloženje korozijskih produkata na mestu oštećenja predstavlja sekundarno barijerno delovanje opisano u prethodnom poglavlju.

7

Slika 1. Prikazuje oštećenje prevlake cinka na ugljičnom čeliku.

Prevlake sa boljim antikorozivnim svojstvima, ili katodne presvlake, zaštićuju osnovni materijal mehanički. Neki od metala koji se nanose na čelik su zlato, srebro, krom, nikal i olovo. Zaštita materijala je dobra samo ako je pokrivenost osnovnog materijala potpuna i kompaktna. Porozne prevlake ne predstavljaju dobru zaštitu. Ove prevlake imaju sposobnost da svojim korozijskim produktima popunjavaju rupe u kojima dolazi do korozije i time usporavaju daljnje širenje korozije.

2.3.Anorganske prevlake

Anorganske nemetalne prevlake nanose se hemijskim ili mehničkim postupkom sa ili bez prisustva električne struje. Tretiranje površine, kod hemijskih nemetalnih prevlaka, menja površinski sloj metala u sloj jednog ili više oksida. Taj novonastali sloj oksida ima bolja antikorozivna svojstva. Neretko taj sloj predstavlja dobru podlogu za dalje nanošenje ostalih vrsta prevlaka. Anorganske prevlake dobivene mehaničkim putem slabije prijanjaju za podlogu. Mehaničke anorganske prevlake se dobivaju emajliranjem ili nanošenjem sloja betona. Emajliranje je nanošenje sloja na bazi alkalijsko-borosilikatnog stakla na površinu metala, najčešće to su čelični limovi i proizvodi od čeličnih levova. Emajliranje se provodi tako da se stakleni prah nanese na metal te se pečenjem dobiva kompaktni sloj na površini. Modificiranjem stakla mogu se dobiti slojevi koji predstavljaju dobru zaštitu metala u jako agresivnim atmosferama. Nedostatak emajla je što ima malu žilavost te je jako podložan pucanju čak i pri manjim udarcima. Hemijskim putem najčešće se nanose oksidni, hromatni i fosfatni slojevi. Prevlaka ima bar delomično, karakter korozijskog produkta. Oksidne presvlake najčešče se nanose na čelik, aluminij i bakar, te neke njihove legure. Kod čelika to je najčešće proces bruniranja kojim se dobiva sloj oksida koji je plemenitiji od samog čelika, ali nije pogodan za zaštitu od korozije zbog svoje poroznosti tako da se brunirani sloj impregnira strojnim uljem. Kod aluminija oksidiranje se provodi uranjanjem aluminijskih predmeta u vrelu vodu ili struju vodene pare. Tim postupkom dobiva se bemit (Al2O3·H2O), a postupak se naziva bemitiranje. Fosfatne prevlake najčešće se koriste na čeliku. Karakteristike fosfatnih presvlaka je da su prilično krte, dobar su izolator i dobro prijanjaju za površinu osnovnog materijala. Deblje fosfatne prevlake služe za antikozivnu zaštitu. Nedostaci prevlake su poroznost, te se često mora naknadno impregnirati strojnim uljem ili se hromatiraju. Deblje prevlake mogu imati i pogodna

8

svojstva za obradu metala deformiranjem tako da smanjuju trenje između otkovka i alata za kovanje. Hromatirane prevlake nanose se najčešće na prevlake cinka i kadmija. Funkcija hromatiranih površina je da deluju pasivizirajuće na osnovni metal zbog postojanja hromat iona CrO4 2-. Postupak hromatiranja je brz i jeftin i pruža dobru zaštitu od atmosferilija, no slojevi nisu otporni prema abraziji, vrlo dobro prijanjaju za podlogu.

2.4.Organske prevlake

Danas najraširenija metoda zaštite od korozije je nanošenje organskih prevlaka na površinu metala. Organskim prevlakama se smatraju sve one koje čini kompaktnima organska tvar tvorbom opne. Takvi se slojevi dobiju nanošenjem organskih premaznih sredstava, uobičajenim premazivanjem, plastifikacijom, gumiranjem i bitumenizacijom. Glavni načini razvrstavanja organskih premaza su:• Prema sastavu – najčešće prema vrsti veziva.• Prema osnovnoj nameni – premazi za zaštitu od korozije, premazi protiv biološkog obraštanja, za zaštitu od požara, za bolja mehanička svojstva površina, dekorativni premazi.• Prema izgledu – sjajne i mat boje, bezbojni premazi, boje, neprozirne boje i lakovi itd.• Prema podlogama na koje se nanose – premazi za drvo, metal, plastiku, građevinske boje itd.• Prema broju sastojaka koje se mešaju prije nanošenja – jednokomponentno, dvokomponentno, višekomponentno.• Prema načinu skrućivanja sloja – fizikalno isparavanje razređivača ili otapala, hemijsko otvrdnjavanje reakcijama s vezivom. Organske prevlake najčešće se nanose na metalne površine u dva ili više slojeva.

3.MERAČI DEBLJINE PREVLAKA

Merač debljine prevlaka za nerazarajuća merenja čeličnih prevlaka omogućava merenja debline sloja boje, emajla, nikla, te debljine sloja metalizacije, fosfatiranja, plastificiranja, itd.Ispitivan je uticaj debljine, naknadne pasivizacije galvanske prevlake i gustine struje na svojstva galvanske prevlake cinka. Ispitivanjima svojstava galvanskih prevlaka cinka određeni su parametri koji daju podatke o uticaju na kvalitet prevlake. Osim fizičke i konstrukcijske zaštite i površinska obrada znatno utiče na postojanost drva na pročeljima. Pravilan izbor i nanošenje materijala koji otvrdnjavanjem tvore prevlaku na drvnim pročeljima uvelike zavisi o poznavanju svojstava drva, svojstava same prevlake i klimatskim uslovima kojima je drvo izloženo. Održavanje prevlaka i pravilno obnavljanje preduslovi su dobrog estetskog izgleda i postojanosti drva na pročeljima. Pre same mašinske pripreme konstrukcije konstruktor treba da zna da li se materijal cinča i samim tim se moraju upotrebljavati materijali koji su prikladni za toplo cinčanje. Većina materijala koji sadrži gvožđe, vruće valjani čelici, hladno valjani čelici,čelici za livenje se mogu uspešno zaštititi od korozije metodom toplog pocinčavanja. Za toplo pocinčavanje naročito su podobni neumireni i aluminijum umireni čelici. Kod ovih čelika nastaje normalna prevlaka (prevlaka koja sadrži i sloj legure željezo - cink i čisti sloj cinka).Hemijiski sastav materijala bitno utiče na kvalitet prevlake cinka. Čelik koji se koristi za cinčanje u svom hemijskom sastavu treba da ima:- ugljenik ( C<0.25% ); silicijum ( Si<0.32% ); fosfora ( P<0.04% ); mangan ( Mn<0.25% ). Ukoliko ima viška ovih elemenata dovešće do formiranja prevlake drugačije od normalne.

9

Ovi elementi imaju uticaj na ubrzani rast sloja legure željezo - cink, dok rast sloja čistog cinka može da izostane. Ovakva prevlaka je vidljiva kao mat siva površina nasuprot uobičajenom sjajnom i glatkom izgledu pocinčane prevlake, te ovakve su nestabilnije i krtije u odnosu na normalne prevlake.

Magnetski princip merenja debljine prevlake koriste modeli Surfix F i FN. (F = ferromagnetic) Magnetski princip ili, tačnije, načelo magnetne indukcije koristi se za merenje debljine prevlake bez razaranja na ferro-magnetičnim podlogama. Prevlaka mora biti ne-magnetska - na primer, lakovi, boje, emajl, plastika, staklo, aluminij, olovo, hrom, bakar, mesing, cink, kositar, itd. Napomena: većina materijala za prevlačenje su ne-magnetski, s izuzetkom:- elektrolitički položen nikal,- premazi koji sadrže železo ili železo-oksid,- prevlake koje sadrže kobalt, kao što su premazi  volfram karbid. Ove tri vrste premaza, gore navedene, ne mogu biti ispitane sa uređajima Surfix koji koristi princip magnetne indukcije, osim u određenim uslovima. Princip rada vrtložih struja (eddy current) za merenje debljine prevlake koriste modeli Surfix N i FN . (N = non-ferromagnetic). Princip vrtložnih struja koristi se za nedestruktivno

merenje debljine prevlake na ne-magnetnim metalnim podlogama. To obuhvata: aluminij, alminijske legure, olovo, bronca, bakar, mesing, cink, kositar i nehrđajući slabo magnetni čelici. Prevlaka koja se meri mora biti električni izolator, na primer: lakovi, boje, emajl, plastika, staklo, anodizirani premazi i keramika. Dvonamenski merači debljine prevlakeSurfixFN omogućuju merenje prevlake koristeći oba principa – magnetnu indukciju i vrtložne struje. Kad postavite sondu na, uređaj automatski registrira vrstu podloge (supstrata), te aktivira ispravan način merenja i prikazuje rezultat na zaslonu. Merači debljine prevlake Surfix u skladu su sa posebnim međunarodnim standardima:Princip magnetne indukcije: DIN EN ISO 2178, DIN 50982, ASTM B499Princip vrtložnim strujama: DIN EN ISO 2360, ASTM D 1400.

Slika 2. Merači debljine prevlake

10

PaintCheck - merenje debljine prevlake brzo i jednostavno! Bez kalibriranja!PaintCheck pruža brzo i točno, nerazorno, merenje debljine premaza na čeliku, ali i na obojenim metalima. Ne meri samo debljinu boje, već i debljinu ostalih prevlaka. Takođe, možete dobiti vredne informacije o strukturi prevlake, npr. kad pri merenju rezultat vidno premašuje standardnu debljinu boje, to znači da se koristio dodatni materijal za popravak (npr. hitanje kod auto-limara).PaintCheck koristi obe nerazorne metode za merenje debljine prevlake: magnetna i vrtložne struje (Eddy Current). Oba načina pružaju visoku preciznost, čak i kod najtanjih debljina prevlake, kako na supstratu od čelika, tako i na obojenim metalima, npr. aluminij. Dovoljno je samo postaviti sondu i uređaj automatski prepozna podlogu.

Slika 3. Merači debljine prevlaka

4.PREVLAKE OD LEGURA

Taloženje elektrolitičkih legura je poznato od samog početka galvanotehnike,jer se, on one razlikuje od taloženja čistog metala. Međutim najveći problem su uslovi pri kojima se dobija dobra prevlaka neke legure. Taloženje dva metala je moguće iz rastvora prostih soli ukoliko se njihovi standardni elektrodni potencijaline razlikuju za više od 0.2 V. ova razlika može da bude i veća ukoliko se taloženje vrši u rastvorima kompleksnih soli i rastvorima koji sadrže specijalne dodatke. Na osnovu Nernstove jednačine može se zaključiti da se potencijal metala menja sa promenom koncentracije katona u rastvoru. Međutim mala je promena potencijala elektronegativnijeg metala sa povećanjem koncentracije, što znači da će se potencijali metala približiti ako je koncentracija elektronegativnijeg metala izvanredno velika. Rasvori koji sadrže kompleksne ione a koriste se za taloženje legura mogu se podeliti u dvije grupe:1.rastvori sa istom vrstom kompleksa,2.rastvori sa mešovitim kompleksima u kojima se jedan metal može nalaziti u obliku kompleksa, a drugi u obliku proste soli.

11

Sadržaj metalnih jona u rastvoru za taloženje legura dobija se primenom: -rastvorne anode čiji sastav odgovara leguri-primenom anoda od čistih metala, pri čemu se za svaku vrstu anode obrazuje zasebno električno kolo sa posebnom gustinom struje - anode od jednog metala i dodavanjem pogodne soli drugog metala.

5.KARAKTERIZACIJA WCCo/NiCrBSi PREVLAKE OTPORNE NA HABANJE

Prevlaka tipa WCCoNiCrBSi nastala je kao rezultat poboljšanja triboloških karakteristika prevlake tipa WC12Co. Prah tipa WCCo/NiCrBSi sastoji se od 50% finog sinterovanog praha WC-Co pomešanog sa finim prahom legure NiCrBSi. Leguri NiCr dodat je B i Si koji smanjuju temperaturu topljenja legure sa 1399°C na 1025°C . Niža temperatura pretapanja legure pogodna je zbog osnove i zbog WC koji se ne pretapa i ne sme razgraditi u procesu pretapanja prevlake. Ovaj tip praha je specijalno razvijen za izradu prevlaka velike kohezione i adhezione čvrstoće koje su veoma guste, tvrde i glatke. Spada u grupu od nekoliko prevlaka koje su razvijene za pretapanje prevlake i difuziono spajanje prevlake sa osnovom u normalnoj atmosferi. Slojevi legure NiCrBSi izuzetno su otporni na habanje zbog malog koeficijenta trenja. U mikrostrukturi slojeva WCCo prisutni su mikrokonstituenti tipa WC, W2C i W3C3Co uglastog oblika koji su ravnomerno raspoređeni u osnovi legure WCo mikrotvrdoće od 1000 HV0,3. U slojevima NiCrBSi su, uglavnom, prisutni precipitati tamne boje sa visokom koncentracijom hroma, kao što su hrom karbidi (Cr7C3 ako je C ≈ 0,6℅ i Cr3C2 ako je C > 0,8℅ i boride nikla i hroma. Osnovna faza je čvrsti rastvor nikla (γ-Ni 71,9℅), koji ima mali udeo Cr, nizak sadržaj Fe i visoku koncentraciju Si . Za primene prevlake gde se zahteva veća otpornost na mehanička opterećenja radi se pretapanje i difuziono spajanje slojeva sa osnovom. Pretapanjem prevlake iznad 1025°C ostvaruje se metalurška veza između slojeva NiCrBSi i površine osnove. Gustina prevlake se povećava pošto nestaju mikropore. Pretapanjem slojeva ne menja se hemijski sastav prevlake. Razlika u strukturi odnosi se samo na morfologiju, veličinu i procenat prisutnih konstituenata . Minimalna preporučena debljina prevlake za pretapanje je 0,3 mm. Maksimalna debljina slojeva koja može da se pretapa je od 0,5 mm do 0,6 mm. Za prevlake velike debljine radi se predgrevanje osnove na temperature od 200°C, koja se u procesu nanošenja prevlake održava u opsegu od 200°C do 300°C. Male površine osnove ne treba predgrevati. Za vreme predgrevanja odstojanje osnove treba da bude od 100 mm do 125 mm. Pretapanje prevlake može da se raditi na više načina. Jedan od načina je primena oksiacetilenskog plamena u peći za termičku obradu, indukcionim zagrevanjem uz pomoć induktora, a u poslednje vreme laserom. Najkvalitetniji način pretapanja prevlake obezbeđuje laser. Karakteristike pretopljenih slojeva NiCrBSi zavise od ugla pretapanja. D. Felgueroso i drugi autori ustanovili su da najbolje karakteristike imaju slojevi pretopljeni pod uglom od 45°. Prevlake imaju sitnozrnu strukturu i veoma su guste i bez defekata. Najviše vrednosti habanja ustanovili su u prevlakama pretopljenim pod uglom od 90°. Isti autori ustanovili su da se sa pretapanjem slojeva smanjuje prosečna vrednost hrapavost prevlake sa Ra = 3,39 μm na Ra = 0,56 μm, kao i debljina prevlake sa 0,4 mm na 0,36 mm. Pre primene prevlaka neophodno je ispitati mikrostrukturne, mehaničke karakteristike prevlake i otpornosti na habanje u uslovima klizanja sa podmazivanjem ili bez podmazivanja. Glavni cilj rada bio je karakterizacija strukturnih, mehaničkih i triboloških osobina prevlake WCCoNiCrBSi namenjene za reparaciju kliznih površina mašinskih delova u remontu vazduhoplova.

12

5.1.Detalji eksperimenta i materijal

Za eksperiment je korišćen prah Metco 43F koji je smeša prahova WC12Co i NiCrBSi u odnosu 50% WC12Co i 50% NiCrBSi sa rasponom granulacije čestica praha od 15 do 90 m. Sadržaj legirajućih elemenata na ukupnu količinu praha iznosi: 50% WC12Co; 33% Ni; 9% Cr; 3,5% Fe; 2,0% Si; 2,0% B; 0,5% C. Temperature topljenja komponenti prahova su: 2777°C → WC, 1445°C → Co i 1025°C → NiCrBSi. Prah WC12Co je izrađen tehnikom sinterovanja finih čestica karbida volframa i kobalta. Čestice praha NiCrBSi izrađene su tehnikom topljenja i atomizacijom tečnog rastopa inertnim gasom. Na slici 4a) prikazana je morfologija praha WCCo, a na slici 4b) morfologija praha NiCrBSi. Osnove na koje su deponovane prevlake bile su od čelika Č.4171 (X15Cr13 EN10027) u termički neobrađenom stanju. Proces nanošenja prevlake na površinu osnove urađen je termičkim postupkom raspršivanja na atmosferskom pritisku. Površina osnove na koju se nanosi prevlaka ohrapavljena je belim plemenitim elektrokorundom granulacije od 0,7 mm do 1,5 mm. Radi boljeg vezivanja slojeva prevlake za površinu osnove pre nanošenja prevlake izvršeno je predgrevanje osnove na temperaturi od 200°C. Pri izboru parametara nanošenja slojeva prevlake vodilo se računa o temperaturama topljenja prahova, faznoj stabilnosti konstituenata i njihovom ponašanju u plazmi. Jačina električne struje bila je 500 A i napon luka 64 V. Nanošenje prevlake izvršeno je plazma-pištoljem tipa F4-MB, firme Sulzer Metco sa mešavinom plazma gasova Ar i H2. Ostali parametri imali su sledeće vrednosti: protok primarnog gasa (Ar) 47 l/min, protok sekundarnog gasa (H2) 12 l/min, protok nosećeg gasa (Ar) 4 l/min, protok praha 30 g/min i odstojanje osnove 125 mm od otvora anode. Prevlake su formirane sa debljinama od 0,3 mm do 0,35 mm.

a) b)

Slika 4. Morfologija prahova a) WCCo i b) NICrBSi.

5.2.Ispitivanje mikrotvrdoće, čvrstoće spoja i mikrostrukture

Na poprečnom preseku uzoraka ispitana je mikrotvrdoća slojeva prevlaka. Uzorci su pripremljeni standardnom metodom zatapanja, brušenja i poliranja. Po standardu Pratt & Whitney za ispitivanje mikrotvrdoće slojeva koristila se skala Vickers sa opterećenjem od 300 g. Merenje je urađeno u pravcu duž slojeva WC12Co i slojeva NiCrBSi na krajevima i u sredini uzoraka. Ispitivanje čvrstoće spoja između prevlake i osnove je metoda ispitivanja zatezanjem na kidanje. Uzorci za merenje čvrstoće spoja izrađeni su po standard PWA (Pratt Whitney) od

13

materijala AMS 5504 (X15Cr13 EN10027). Centriranje i lepljenje uzoraka urađeno je u alatu prikazanom na slici 5.

Slika 5. Alat za lepljenje uzoraka

Za ispitivanje uzoraka zatezanjem na kidanje koristili su se univerzalni adapteri koji su tako konstruisani da u toku ispitivanja obezbeđuju eleminisanje sile na smicanje. Jedan univerzalni adapter prikazan je na slici 6.

Slika 6. Univerzalni adapter za uzorke

Ispitivanje epruveta urađeno je na sobnoj temperaturi sa brzinom kidanja od 1 mm/60 s. Koristilo se pet epruveta za ispitivanje, a dobijene vrednosti su usrednjene. Ispitivanje mikrostrukture slojeva urađeno je tehnikom svetlosne mokroskopije sa uveličanjem od 400x. Za mikrostrukturnu analizu slojeva uzorci su obrušeni i ispolirani do ogledala. Pošto prevlaka nije pretapana nije rađeno nagrizanje uzoraka.

14

5.3.Tribološka ispitivanja

Tribološka ispitivanja urađena su na tribometru blok-na-prstenu (slika 7). Ispitivanje je rađeno u uslovima klizanja podmazivanjem sa mazivom tipa TPD-95 na sobnoj temperaturi prema standardu ASTM G77. Blok sa prevlakom ispitan je na okaljenom i poboljšanom prstenu od čelika Č.1731(ISO C60E4), sa spoljašnjim prečnikom Φ 45,2 mm i tvrdoćom 46–48 HRC. Hrapavost prevlake bila je Ra = 0,5 μm.

Slika 7. Šematski dijagram tribometra blok –na-prstenu

Opterećenje je bilo konstantno od 400 N, kao i brzina ispitivanja od 0,5 m/s. Rađeno je pet merenja. Svaki uzorak je pojedinačno ispitan na dužini klizanja od 3000 m. Kao što se može videti sa slike, prsten je uronjen u posudu sa uljem za podmazivanje.

5.4.Mikrostruktura prevlake, mikrotvrdoće i čvrstoća spoja prevlaka

Na slici 8a) i 8b) prikazane su mikrostrukture slojeva prevlake WCCo- NiCrBSi na poprečnom preseku uzorka. Na mikrofotografijama u prevlakama vide se uniformni slojevi metalokarbida WCCo i legure NiCrBSi. Slika 8a) prikazuje interfejs između osnove i prevlake gde se jasno vidi granica. Na interfejsu nisu prisutne čestice Al2O3 od hrapavljenja. Duž granice interfejs/ prevlaka nisu prisutne makro i mikro- prskotine. Veza prevlake sa osnovom je neprekidna bez odvajanja slojeva prevlake sa osnove. Na slici 8b) ne uočavaju se mikro i makro prskotine kroz slojeve prevlake. Struktura prevlake je slojevita i lamelarna. U slojevima nisu prisutne nestopljene čestice praha i mikroporoznost. Slojevi su gusti i homogeni.

15

a) 400x b) 400x

Slika 8. a) Mikrostruktura prevlaka /substrat, b) Mikrostruktura prevlake WCoNiCrBSi.

U slojevima prevlake WCCo uočavaju se tamne čestice faza volframkarbida tipa WC,W2C i W3C3Co uglastih i nepravilnih oblika različite veličine, koji su smešteni između slojeva legure NiCrBSi koji su svetlije boje. Mikrokonstituenti WC su ravnomerno raspoređeni u slojevima tipa WCCo. Osnovu slojeva legure NiCrBSi sačinjava čvrsti rastvor hroma u niklu γ- Ni(Cr) u kojoj su prisutne dispergovane faze karboborida, borida, i silicida. U slojevima legure NiCrBSi uočavaju se fini precipitati borida nikla bele boje. Fini precipitati borida nikla formiraju se u slojevima legure NiCrBSi taloženjem za vreme brzog hlađenja čestica praha. Pošto su čestice WC pomešane sa česticama NiCrBSi i u slojevima WCCo se uočava faza nikalborida bele boje, što ukazuje da je u procesu nanošenja prevlake jednim delom došlo do mešanja čestica praha WCCo sa česticama praha NiCrBSi, ali ne i do legiranja zbog velike razlike u temperaturama topljenja pojedinih faza. Na slici 9. dijagramski su prikazane vrednosti mikrotvrdoće slojeva WCCo i slojeva NiCrBSi. Slojevi tipa WCCo imaju vrednosti mikrotvrdoće u dosta uskom rasponu od 1097 do 1390HV0,3 zbog visokog sadržaja mikrokonstituenta WC i velike gustine i homogenosti slojeva.

Slika 9. Mikrotvrdoća WCCo i NiCrBSi slojeva

16

U slojevima tipa NiCrBSi takođe su izmerene vrednosti sa uskom raspodelom mikrotvrdoće od 823 do 930HV0,3, što ukazuje na to da su slojevi dosta homogeni i gusti. Visoke vrednosti mikrotvrdoće slojeva ukazuju na dobru istopljenost čestica praha, međulamelarno vezivanje u prevlaci, kao i dobro vezivanje prevlake za osnovu. Vrednosti adhezione i kohezione čvrstoće slojeva su u direktnoj vezi sa udelima nestopljenih čestica i pora.Slojevi su pokazali vrednosti čvrstoće spoja od 59 N/mm2 koja je dosta visoka zbog predgrevanja supstrata i dobre istopljenosti praha. Mehanizam razaranja bio je adhezioni na interfejsu supstrat/prevlaka.

5.5.Tribološka svojstva

Za veći nivo sigurnosti u ocenjivanju ispitnih rezultata ponovljeno je pet triboloških ispitivanja prevlake WCCoNiCrBSi. Dve krajnje vrednosti nisu se uzimale u proceduri ocene dinamičkog koeficijenta trenja i habanja slojeva prevlake. Dinamički koeficijent trenja prevlaka kao funkcija dužine klizanja za konstantnu brzinu i opterećenje prikazani su u tabeli 2. Takođe, merena je i temperature maziva za svako ispitivanje. Temperatura maziva je rasla za vreme ispitivanja, ali nakon nekog perioda se ustalila i nije prelazila 48°C. Na osnovu dobijenih rezultata može se ustanoviti da dinamički koeficijent trenja do 1500 m ima vrednosti od μ = 0,122–0,124, da bi se nakon 2500 m ustalio i imao vrednost od μ = 0,1–0,11. Rezultati dinamičkog koeficijenta trenja za tri uzorka pokazuju dobru reproduktivnost. Rezultati ispitivanja habanja slojeva prevlake, tj. gubitak mase materijala prevlake za tri uzorka bio je: Δmb = 0,11 mg, Δmb = 0,11 mg i Δmb = 0,13 mg. Neznatno veća vrednost gubitka mase prevlake trećeg uzorka je posledica osetljivosti merenja mase na petu decimalu.

Tabela 2. Rezultati triboloških ispitivanja

17

6.ISPITIVANJE STRUKTURNIH I MEHANIČKIH OSOBINA PREVLAKA SA POVIŠENOM OTPORNOŠĆU NA HABANJE

Plazma sprej predstavlja jednu od vodećih tehnologija za proizvodnju prevlaka sa povišenom otpornošću na habanje. Prevlake Al2O33TiO2 su otporne na eroziju, kavitaciju, koroziju i habanje do 850°C. Široku primenu su našla za zaštitu delova u industriji papira, tekstila i plastike . Prevlake na bazi WC12Co su otporne na habanje, abraziju, eroziju, koroziju i kavitaciju do 480°C. Zbog visoke tvrdoće WC prevlake imaju veliku primenu za zaštitu vazduhoplovnih delova, pumpi, alata, poljoprivrednih mašina i dr. Moguće prednosti korišćenja prevlaka su velike i obuhvataju produženje resursa osnovnom materijalu, povećavajući pouzdanost rada uz smanjenje troškova eksploatacije /5/. Na resurs prevlaka utiču karakteristike deponovanog materijala, njegov faznih sastav, udeo pora i nestopljenih čestica, koheziona i atheziona čvrstoća. Ove osobine su usko povezane sa uslovima depozicije i znatno poboljšanje može da se očekuje sa opti-mizacijom parametara depozicije. Danas se proi-zvode prahovi Al2O3TiO2 sa različitim udelima TiO2 i WCCo sa tazličitim udelima Co . Sve ih treba razmotriti kao mogućnost za optimizaciju kvaliteta prevlaka za različite primene. Ovaj rad je posvećen ispitivanju strukturnih i mehaničkih prevlaka izrađenih od prahova Al2O33TiO2 i WC12Co koji se razlikuju po hemijskom sastavu i tehnici izrade. Cilj je izrada kvalitetnih prevlaka koje rade u uslovima intenzivnog uticaja filcanog prstena i agresivnog dejstva celulozne mase.

6.1.Teorijska razmatranja

Aliminijumoksid je jedan od najvažnijih oksida koji se koristi kao osnovna komponenta za izradu prevlaka otpornih na habanje. U cilju povećanja žilavosti prevlake i čvrstoće spoja, oksidu Al2O3 se dodaje oksid TiO2. U zavisnosti od eksploatacionih uslova sadržaj oksida TiO2 u prevlaci je od 3-40% . Visok energetski nivo plazme uzrokuje razlaganje oksida TiO2 (rutil) koji je u ovom stehiometrijskom odnosu bele boje. Deponovani oksid TiO1.95 je crne boje i uvek je prisutan u većoj količini u prevlaci, zbog čega prevlaka ima mikrotvrdoću od 1000-1100 HV0.3 . Izuzetno visoka temperatura plazme uzrokuje veći gubitak kiseonika i nepoželjno prisustvo oksida TiO1.5 i TiO1.0 koji umanjuju žilavost prevlake i otpornost na habanje . Slična je situacija i sa monokarbidom WC koji se razlaže na visokim temperaturama. Razlaganje karbida WC je nepotpuno zbog kratkog zadržavanja čestica praha u plazma mlazu. Zavisno od toplotne razmene plazma mlaza sa prahom, dužine boravka praha u plazmi, veličine zrna karbida WC i sadržaja Co, prisutno je više ili manje razlaganje karbida. Gubitak ugljenika se takođe može dogoditi sa dodatkom vodonika kao sekundarnog gasa. Zbog ovoga, mikrotvrdoća prevlake je od 800-1300 HV0.3 pošto sastav prevlake dosta odstupa od polaznog sastava praha. U prevlaci je pored karbida WC i W2C prisutan kompleksni karbid WxCoyC čija je mikrotvrdoća u opsegu od 600- 1300 HV0.3. U zavisnosti od parametara depozicije, u prevlaci se može pojaviti W čija je mikrotvrdoća oko 400 HV0.3 i Co sa tvrdoćom ispod 200 HV0.3 . Da bi se razumeli metalurški procesi kada se deponuje karbid WC, važno je poznavati dijagram stanja konstituenta WC. Sistem sadrži poznate heksagonalne karbide WC, W2C i visokotemperaturnu fazu β-WC koji ima kubnu strukturu i široko područje stabil-nosti.Karbid WC sa heksagonalnom strukturom se topi na 2795°C i sa W na 2710°C pravi eute-ktikum. Stabilnost WC se smanjuje sa temperaturom i na 1300 C počinje da se razlaže na W i heksagonalni WC koji ima veoma usku

18

oblast stabilnosti. Za deponovanje se koristi monokarbid WC sa kubnom strukturom, a kao vezivno sredstvo se koriste Co ili Ni koji daju žilavost i otpornost na koroziju prevlaci.

6.2.Eksperiment

Pri izradi tvrdih prevlaka korišćeno je iskustvo renomiranih firmi (Rolls Royse, Snecma,Pratt Whitney i dr.) koje su verifikovale prahove za izradu prevlaka otpornih na habanje. U eksperimentu, korišćeni su prah Al2O33TiO2 proizveden tehnikom topljenja i naknadnim mlevenjem očvrsnutig rastopa i prah WC12Co proizveden tehnikom sinterovanja WC i Co. U tabeli 3. je dat hemijski sastav prahova, temperature topljenja i raspon granulacije čestica prahova. Depozicija prahova izvršena je na ispitnim epruvetama, koje su prethodno ohrapavljenje belim plemenitim elektrokorundom granulacije 0.7 – 1.5 mm.

Tabela 3. Sastav, temperature topljenja i raspon granulacije čestica za prahove korišćene u eksperimentu

Cilj hrapavljenja je aktiviranje površine substrata uklanjanjem tankog oksidnog sloja čineći je reaktivnom. Depozicija je izvršena plazma gorionikom SG-100 na atmosferskom pritisku (prečnika anode 8 mm) sa mešavinom Ar-He kao plazma gasova sa tri različita nivoa snage. Prevlake su formirane sa debljinama od 0.15-0.2 mm. Pri izboru parametara depozicije strogo se vodilo računa o temperaturama toljenja pojedinih komponenti, fazne stabilnosti konstituenata i njihovom ponašanju u viskoenergetskom plazma mlazu. Zbog ovoga menjana je jačina električne struje, koja je u direktnoj vezi sa temperaturom i entalpijom plazma mlaza. Pri depoziciji obe prevlake, na svim uzorcima parametri procesa su održavani konstantnim osim jačine električne struje: kod prve grupe uzoraka jačina električne struje je bila 700A, kod druge grupe uzoraka 800A, a kod treće grupe uzoraka 900A. Ostali parametri depozicije za prevlaku Al2O33TiO2 su imali sledeće vrednosti: protok primarnog gasa (Ar) 47 litara u minuti, protok sekundarnog gasa (He) 15 litara u minuti, protok nosećeg gasa (Ar) 6 litara u minuti. Parametri depozicije za prevlaku WC12Co su imali sledeće vrednosti: protok primarnog gasa (Ar) 47 litara u minuti, protok sekundarnog gasa (He) 35 litara u minuti i protok nosećeg gasa (Ar) 8 litara u minuti. Za merenje tvrdoće, ispitivanje čvrstoće spoja i procenu strukture prevlake korišćeni

19

suuzorci napravljeni od čelika AMS 5504 po standardu PWA (Pratt Whitney) (naš ekvivalent Č.4172). Dimenzije uzoraka za merenje tvrdoće i procenu strukture bile su 70x20x1.5 mm, dok su se za ispitivanje čvrstoće spoja koristili uzorci dimenzija φ25x50 mm. Karakterizacija prevlaka vršena je merenjem mikrotvrdoće metodom HV0.3. Merenje je izvršeno u pravcu duž lamela u sredini i na krajevima uzoraka. Izvršeno je pet očitavanja vrednosti mikrotvrdoće. Zbog promene faznog sastava prahova i udela pora u tabeli 4. su prikazane minimalne i maksimalne vrednosti mikrotvrdoće.

6.3.Rezultati i diskusija

U tabeli 4 su date vrednosti za mikrotvrdoću i čvrtstoću spoja iz kojih se vidi da su najbolji rezultati dobijeni za prevlaku Al2O33TiO2 koja je deponovana sa jačinom električne struje 900A i snage uređaja 36KW i za prevlaku WC12Co koja je deponovana sa jačinom električne struje 800A i snage uređaja 28KW.

Tabela 4. Vrednosti tvrdoće i čvrstoće spoja prevlaka

6.4.Prevlaka Al2O33TiO2 Prevlaka WC12Co

Za prevlaku Al2O33TiO2 vrednosti mikrotvrdoće 1006-1390 HV0.3 su u granicama propisanim od proizvođača praha. Ove vrednosti ukazuju da je prevlaka deponovana sa optimalnim parametrima depozicije. Za istu prevlaku se dobila visoka vrednost čvrstoće spoja 39.7 MPa, što potvrđuje da je athezija prevlake sa substratum izvanredna kao i koheziona čvrstoća prevlake. Karakter razaranja prevlake je bio čisto atheziono na interfejsu prevlaka–substrat, za razliku od prevlake deponovane sa jačinom električne struje 700A kod koje je razaranje bilo koheziono, tj. kroz prevlaku. Najveće vrednosti mikrotvrdoće 890-1390 HV0.3 su se dobile za prevlaku WC12Co koja je deponovana sa snagom napajanja uređaja od 28KW. Izmerene vrednosti su u propi-sanim granicama po standardu PWA (53-2) (min 700 HV0.3). Za istu prevlaku izmerena vrednost čvrstoće spoja 55.0 MPa je iznad vrednosti propisane standardom PWA (53-2) (45.5 MPa). Karakter razaranja je bio athe-ziono na interfejsu prevlaka-substrat.Visoke vrednosti mikrotvrdoće i čvrstoće spoja za obe prevlake prvi su pokazatelji da su udeli pora i nestopljenih čestica ispod kriti čnih vrednosti propisanih standardom PWA. Strukture prevlaka Al2O33TiO2 i WC12Co deponovanih sa optimalnim parametrima su prikazani na slici 10a i 10b. Kvalitativna analiza prevlaka ukazuje da se dobila uniformnost keramičkih i metalokarbidnih slojeva na substratima. Na interfejsu nisu uočene prskotine ni odvajanje slojeva sa substrata.

20

a) 400x b) 400x

Slika 10. a) Mikrostruktura prevlake Al2O33TiO2, b) Mikrostruktura prevlake WC12Co.

Takođe nisu uočene prskotine kroz deponovane slojeve. U keramičkoj prevlaci udeo pora i nestopljenih čestica je ispod 5%, a u metalokarbidnoj ispod 15% propisan standardom PWA (53-2) (15%). Na prikazanoj slici 10a se jasno uočavaju tamna polja oksida TiO1.95 koji je ravomerno raspoređen u prevlaci i bele lamele nerazgrađenog oksida TiO2. U prevlaci WC12Co su jasno prepoznatljiva zrna WC uglastog oblika raspoređena u osnovi Co koja su prikazana na mikro fotografiji 10b.

7.ISPITIVANJE PREVLAKE MEHANIČKIH I STRUKTURNO-MORFOLOŠKIH ZAŠTITA MATERIJALA

Uzorci za ispitivanje kvaliteta prevlaka nanešenih iz nikal-sulfamatnog rastvora su ravne epruvete i originalni deo komponente noge stajnog trapa aviona "Boeing". Ispitivanja su vršena u skladu sa Boeing-ovim standardima BAC 5746 i BSS 7235. U radu su prikazani rezultati ispitivanja mikrotvrdoće HV 0,3; adhezije prevlake sa osnovnim materijalom,, mikrografije metalografskih snimaka pomoću kojih se dao odgovor na pitanje veze između osnovnog materijala i nanešene prevlake, kao i poroznosti i debljine prevlake snimljenih na tri poprečna preseka ispitivanih uzoraka. Potvrđeno je postizanje zadovoljavajućih mehaničkih i strukturno-morfoloških karakteristika, kako na prevlaci nanešenoj na ispitivane epruvete tako i na originalnom upotrebljenom delu noge stajnog trapa aviona "Boeing". Proces niklovanja sa sulfamatnim tipom rastvora koristi se u procesu opravke noge stajnog trapa aviona "Boeing". Nikal-sulfamatna kupatila služe za dobijanje tehničkih debelih prevlaka ili za elektroformiranje, tj. izradu određenih predmeta koje je lakše oblikovati ovakvim postupkom nego izradom livenjem ili obradom na strugu. Ovaj tip rastvora daje mekane, rastegljive prevlake niskog unutrašnjeg napona. Za pripremu nikal - sulfamatnog elektrolita koriste se nikal – sulfamatni koncentrati sa različitim sadržajem nikla. Sulfamatna kupatila dozvoljavaju upotrebu većih gustina struje. Primenom dodataka u ova kupatila može se uticati na tvrdoću prevlaka i na unutrašnja naprezanja. Zbog ovih osobina, moguće je deponovati kvalitetne prevlake sa veoma dobrom adhezijom na podlogama od različitih materijala. Homogenost

21

depozicije na uzorcima kompleksne prostorne geometrije postiže se uspostavljanjem zadovoljavajućih tehničko-tehnoloških parametara procesa. S tim u vezi, u radu su predstavljeni kompleksni rezultati ispitivanja mehaničkih i strukturnomorfoloških karakteristika nikal-sulfamatnih prevlaka dobijenih iz nikal-sulfamatnog elektrolita industrijskih razmjera.

7.1.Eksperimentalni deo

Uzorci za ispitivanje su čelične (Č 4230) ravne epruvete dimenzija (102 x 25 x 1) mm i rezervna komponenta noge stajnog trapa (TEE-BOLT FITING) aviona "Boeing", na koje je izvršeno nanošenje prevlaka iz nikal - sulfamatnog rastvora u skladu sa Boeingovim standardom BAC 5746 i BSS 7235 pri gustini struje 8 A/dm2 i temperature 800C. Rastvor za sulfamatno niklovanje industrijskih razmera imao je sastav: 93,95 g/dm3 Ni; 33,43 g/dm3 H3BO3 i 3,38 g/dm3 Cl2. pH-vrednost rastvora iznosila je 3,39. Ispitivanje vodonične krtosti izvršeno je pomoću uređaja za ispitivanje materijala na vremensku čvrstoću, puzalici tip ATS 2410 u trajanju od 200 sati pri opterećenju od 5900 lbs. Usled nedostatka originalnog materijala predviđenog za ova ispitivanja (čelik 4340 M) za ispitivanja su poslužile epruvete izrađene od Č 4734 koji je po svojim karakteristikama približnog sastava kao i originalni materijal od koga je izrađena komponenta noge stajnog trapa aviona "Boeing". Merenje mikrotvrdoće nanešenih prevlaka vršeno je uređajem za određivanje mikrotvrdoće Karl Frank, tip 38536 na dve epruvete i na uzorku isečenom iz originalnog rezervnog dela komponente noge stajnog trapa. Ispitivanje je vršeno metodom Vickers sa opterećenem od 2,942 N (HV 0,3). Izgled uzorka sa naznačenim mestima merenja mikrotvrdoće prikazan je na slici 11. Ispitivanje adB. hezije prevlake sa osnovnim materijalom urađeno je na epruvetama dimenzija 102 x 25 x 1 mm savijanjem pod uglom od 900 (bend test) na stezaču prečnika 12,7 mm i zarezivanjem prevlake sekačem (chisel test) na uzorku rezervnog dela Epruvete za savijanje izrađene su od istog materijala kao i originalni rezervni deo noge stajnog trapa aviona "Boeing".

Slika 11. Šematski prikaz mesta merenja mikrotvrdoće prevlake

Metalografska ispitivanja vršena su na metalografskom mikroskopu Neophot 21 na pripremljenim metalografskim uzorcima. Nakon poliranja u trajanju od 4 minute (predpoliranje, fino poliranje i završno poliranje) uzorak je podvrgnut ispitivanju strukturno-morfoloških karakteristika. Debljina prevlake merena je na metaliziranim delovima pomoću metalografskog mikroskopa na uzorcima za metalografska ispitivanja, a pri uvećanju od 200 puta. Poroznost

22

nanešene prevlake utvrđena je na uzorcima u nenagriženom stanju pri uvećanju od 200 puta (mesta merenja su prikazana na slici 11).

7.2.Rezultati i diskusija

Izgled uređaja i ispitna epruveta sa nanešenom prevlakom pri određivanju vodonične krtosti, prikazani su na slici 11. U toku procesa ispitivanja vodonične krtosti, kao i nakon provedenih 200 sati, na testiranoj epruveti nisu uočene pojave pukotina, naprslina, niti odvajanja prevlake od osnovnog materijala.

Tabela 5. Rezultati merenja mikrotvrdoće prevlake i isečenog uzorka iz originalnog dela

U tabeli 5 prikazani su rezultati merenja mikrotvrdoće nanešene prevlake na dve epruvete i uzorku isečenom iz originalnog dela komponente noge stajnog trapa.

Slika 12. Izgled uređaja i epruvete kod ispitivanja vodonične krtosti

23

Tvrdoća osnovnog materijala merena na originalnom delu komponente noge stajnog trapa iznosi 618 HV 0,3. Kvantitativna provera adhezije prevlake sa osnovnim materijalom izvršena je ispitivanjem na savijanje pod uglom od 900 (bend test) na stezaču prečnika 12,7 mm konstruisanom u "Orao"a.d. i zarezivanjem prevlake sekačem (chisel test) na uzorku originalnog rezervnog dela (TEE BOLT FITTING). Izgled epruvete nakon provedenog testa na savijanje pod uglom od 900 prikazan je na slici 12, dok je izgled mesta provere adhezije prevlake sa osnovnim materijalom zarezivanjem sekačem, prikazan na slici 13.

Slika 13. Izgled epruvete nakon provedenog testa na savijanje pod uglom 900(bend test). Ispitivana epruveta

Slika 14. Izgled uzorka nakon provedenog ispitivanja adhezije zarezivanjem sekačem.Uvećanje 10 x (levo) i 20 x (desno)

24

U toku procesa savijanja pod uglom od 900 nanešena prevlaka je pratila deformaciju baznog metala bez ljuštenja ali uz pojavu poprečnih pukotina. Nastale poprečne pukotine su dozvoljene prema zahtevu specifikacije "SNECMA"DMP 14.01. Nakon završenog ispitivanja na ispitivanoj epruveti nije došlo do ljuštenja i odvajanja prevlake od osnovnog materijala, slika 13. Takođe, ispitivanjem adhezije zarezivanjem sekačem na originalnom delu nije došlo do odvajanja nanešene prevlake od osnovnog materijala, slika 14. Prema standardu BSS 7235, proveri adhezije metodom zarezivanja prethodilo je ispitivanje adhezije mašinskom obradom (brušenjem) gde je na originalnom delu skinuto cca 100 μm prevlake a zatim izvršeno zarezivanje sekačem.

Slika 15. Izgled originalnog dela komponente noge stajnog trapa (tee bolt fiting)

Izgled originalnog dela komponente noge stajnog trapa (TEE BOLT FITTING) nakon provere adhezije prikazan je na slici 15, dok je izgled uzorka nakon brušenja i provere adhezije zarezivanjem sekačem prikazan na slici 16. Nakon provedenog ispitivanja na ispitivanom delu nije došlo do odvajanja prevlake od osnovnog materijala. Provera debljine prevlake, prekrivenosti i stanja površine prevlake, njene poroznosti i prisustva nevezanih čestica, oksida i izgleda međufazne površine, utvrđeno je na standardnim ravnim epruvetama izrađenim od istog materijala kao i originalni deo komponente noge stajnog trapa. Rezultati merenja debljine prevlake dobijeni merenjem na tri standardne epruvete prikazani su u tabeli 6, (mesta merenja prikazana su na slici 11).

Tabela 6. Rezultati merenja debljine prevlake, μm

25

Slika 16. Izgled uzorka nakon provedenog ispitivanja adhezije zarezivanjem sekačem nakon brušenje. Uvećanje 10 x (levo) i 20 x (desno)

Debljina prevlake na uzorku isečenom iz originalnog dela merena je nakon brušenja. Zahtevana debljina sloja sulfamatnog nikla prema " Uputu za opštu opravku noge stajnog trapa aviona "Boeing" iznosi od 380 μm do 760 μm u zavisnosti od komponente. Dobijene su nešto niže vrednosti debljina prevlaka na ispitnim epruvetama, dok je debljina prevlake na uzorku isečenom iz originalnog dela u zahtevanim propisanim granicama. Posmatranjem uzoraka pod lupom pri uvećanju od šest puta uočena je zadovoljavajuća prekrivenost površine. Nanešena prevlaka je ravnomerna, bez prisutnih pukotina, mehurića, izbočina i bez tragova ljuštenja i guljenja. Na slici 17 prikazan je metalografski snimak nikal-sulfamatne prevlake pri uvećanju 50 puta (levo) i 100 puta (desno).

7.3.Otisak nastao kao rezultat merenja mikrotvrdoće prevlake

Slika 17. Izgled prevlake sulfamatnog nikla. Uvećanje 50 x (levo) i 100 x (desno)

26

Provera poroznosti prevlake izvršena je posmatranjem testiranih uzoraka na metalografskom mikroskopu pri uvećanju od 200 puta. Na osnovu prikazanog metalografskog snimka u strukturi prevlake nije uočena poroznost, mikrostruktura prevlake je ravnomerna bez poprečnih pukotina, raslojavanja i odvajanja od osnovnog materijala što je i očigledno sa slike 17. Veza između prevlake i osnovnog materijala je dobra, prisustvo oksida i nevezanih čestica je neznatno i nalazi se u okvirima dozvoljenih granica.

8.UTICAJ BRZINE DEPOZICIJE PRAHA NA MEHANIČKE KARAKTERISTIKE I STRUKTURU APS – NICR/AL

PREVLAKE

Prikazani rezultati ispitivanja atmosferskih plazma-sprej prevlaka APS-NiCr/Al. Kompozitni prah NiCr/Al koji se sastoji od NiCr čestica obloženih finim česticama Al u procesu depozicije omogućuje egzotermnu reakciju. Reakcija ovih metala dovodi do formiranja samovezujućih NiCrAl prevlaka koje poseduju jedinstvene kombinacije osobina. Radi dobijanja najboljih strukturnih i mehaničkih karakteristika izvršena je optimizacija parametara depozicije. U ovom istraživanju urađene su tri grupe uzoraka prevlake NiCrAl sa različitim brzinama depozicije praha da bi se dobili depoziti velike čvrstoće i žilavosti. Kod prve grupe uzoraka brzina depozicije praha bila je 50 g/min, kod druge 40 g/min, a kod treće 30 g/min. Procena osobina depozita rađena je ispitivanjem mikrotvrdoće metodom HV0.3 i čvrstoće spoja ispitivanjem na zatezanje. Metalografska procena strukture rađena je tehnikom svetlosne mikroskopije. Verifikovane prevlake primenjene su za zaštitu i revitalizaciju delova turbomlaznih motora izloženih oksidaciji na povišenim temperaturama. Lazma-sprej proces ima široku primenu u mnogim industrijama, a koristi se radi poboljšanja perfomansi ili resursa komponenti. Ovaj proces je našao široku primenu u mnogim industrijama kao što su: vazduhoplovstvo, petrohemija, automobilska industrija i dr. Termo sprej prevlake imaju nekoliko prednosti u odnosu na druge tehnike inženjerstva površina. Pri primeni ove tehnologije supstrat se ne topi i omogućuje mu da zadrži originalne karakteristike, kao što su hemijski sastav, struktura i mehanička svojstva. Jedna od karakteristika procesa je da se između deponovanih čestica praha i supstrata ostvaruje mehanička veza. Plazma-sprej process je jedan od najefikasnijih termičkih procesa i konfigurisan je tako da mlaz čestica plazme ima širok opseg temperature i brzine. Tipičan raspon temperature plazme je 8700–12000°C i brzine od 80 do 400 ms-1. Kompozitni prah NiCr/Al sastoji se od čestica (jezgara) legure NiCr obloženih finim česticama Al. Pri plazma-sprej depoziciji dolazi do egzotermne reakcije između metala pri čemu se formiraju prevlake koje poseduju jedinstvene kombinacije osobina. To su guste i neporozne prevlake velike čvrstoće i žilavosti sa vezom fuzionog tipa za metalnu osnovu. Deponovane prevlake su bolje od prevlaka tipa NiCr i Ni/Al. Otporne su na oksidaciju, vrelu koroziju, nagle promene temperatura, abraziju, eroziju i dobro podnose mehaničke udare. Čvrstoća veze ostaje adekvatna do radnih temperatura od 980°C . Zbog svojstva samovezivanja za metalne supstrate prevlake NiCrAl se preporučuju za mnoge supstrate. Ove prevlake su našle široku primenu i kao vezni i prelazni međuslojevi pri izradi termalnih barijera. Na resurs prevlake utiču karakteristike deponovanihslojeva: njihov fazni sastav, udeo i raspodela oksida, udeo pora, udeo nestopljenih čestica, koheziona čvrstoća i adhezija. Zavisno od parametara depozicije u strukturi deponovanih slojeva u određenoj meri su prisutne mikropore i lamele oksida, koje umnogome utiču na

27

mikrotvrdoću i čvrstoću spoja prevlake sa supstratom. Pošto legura NiCr predstavlja osnovu razvoja složenih sistema legura tipa NiCrAl i NiCrAlY, važno je razumeti mehanizam i brzinu oksidacije i znati koji se sve tipovi oksida mogu formirati u procesu depozicije i eksploatacije. Zbog oksidacije čestica praha u procesu izrade prevlake u slojevima su, pored pora, prisutni oksidi: NiO, NiCr2O3,Cr2O3 i u manjem udelu CrO3. Oksid NiO kao površinski centrirana kubna faza nalazi se na krajevima lamela i u centralnim delovima lamela. Ovaj tip oksida formira se sa oksidacijom i jednim delom izdvaja na krajevima lamela usled sudara lamella sa površinom supstrata i usled širenja NiCr lamela. Takođe, u prevlaci se nalazi porozna nanokristalna spinel faza NiCr2O4. Prisustvo oksida NiO je povezano sa formiranjem pora. Kada istopljena NiCr čestica udari o površinu osnove dolazi do zagrevanja osnove i oslobađanja gasova apsorbovanih na njenoj površini (vlage). Priroda i količina oslobođenih gasova zavisi od hemijskog sastava površine osnove na koju se nanosi prevlaka. Prisustvo oslobođenih gasova i vodene pare utiče na formiranje pora u slojevima i na granici između prevlake i osnove, a uz prisutnu oksidaciju pospešuju i formiranje oksida kao što je NiO . Od oksida hroma u većini slučajeva je prisutan oksid Cr2O3 kao tanak sloj na površini NiCr lamela, a mnogo ređe je prisutan oksid tipa CrO3. Zbog inkorporiranja vazduha u mlaz plazme, u prevlaci NiCrAl su, pored oksida nikla i hroma, prisutni oksidi tipa α-Al2O3 i spinel faza Ni (Cr, Al2) O4 . Osnovu deponovane prevlake čini čvrst rastvor hroma i aluminijuma u niklu. Ono što daje veliku otpornost na oksidaciju je prisutan aluminijum u prevlaci. U strukturi deponovanih slojeva su, pored oksida, u određenoj meri prisutne nestopljene čestice i mikropore koje zajedno sa oksidima znatno utiču na mikrotvrdoću i čvrstoću spoja prevlake sa supstratom. Zbog mogućnosti velikog udela pora i nestopljenih čestica veličine φ ≤ 60 μm u količini iznad 15%, slojevi ne bi smeli imati vrednosti mikrotvrdoće manje od 170 HV0.3 i čvrstoću spoja manju od 32 MPa . Pošto materijal NiCrAl predstavlja prvu generaciju složenih sistema legura tipa MeCrAl i MeCrAlY, važno je poznavati mehanizam stvaranja oksida u eksploataciji. Na samom početku oksidacije na površini NiCrAl prevlake formiraju se oksidi tipa NiO,α-Al2O3 ,Cr2O3 i spinel faze, čiji udeo i odnos zavisi od sastava legure, tj. od sadržaja Cr i Al u prevlaci. Kada je u prevlaci niska koncentracija Cr i Al, na njenoj površini se ne mogu formirati zaštitni kontinualni slojevi oksida tipa α-Al2O3 i Cr2O3. U tom slučaju na površini prevlake se formira nepoželjan kontinualni sloj oksida tipa NiO, koji se nalazi iznad podsloja koji sačinjavaju oksidi tipa α-Al2O3 i Cr2O3. Mehanizam rasta oksida NiO rezultuje u formiranju pora na interfejsu prevlaka /oksidni sloj. Formirane pore na interfejsu su posledica veće brzine rasta oksida NiO zbog veće brzine difuzije jona Ni ka frontu oksidacije od brzine difuzije kiseonika ka unutrašnjim slojevima prevlake. Kako mehanizam oksidacije napreduje pore se povezuju i prave zamorne mikroprskotine. Nagle promene temperature u eksploataciji i različiti koeficijenti termalne ekspanzije formiranog keramičkog sloja i žilave prevlake uzrokovaće pucanje i odvajanje keramičkog sloja sa površine prevlake. Da bi se na površini prevlake formirali zaštitni kontinualni slojevi oksida tipa α-Al2O3 i Cr2O3 i sprečilo formiranje oksida tipa NiO u eksploataciji, za prevlake na bazi Ni donja koncentracija Cr u prevlaci treba da bude oko 20% i Al najmanje od 5%. Za druge sisteme prevlaka tipa MeCrAl i MeCrAlY menja se sadržaj Cr i Al u leguri zavisno od njene namene. U eksploataciji na povišenim temperaturama zbog difuzije kiseonika duž granica lamela dolazi do promene u mikrostrukturi prevlake. U prevlaci se formira samo jedan oksid tipa Cr2O3, dok se na površini formiraju svi tipovi oksida, kao što su: NiO, Cr2O3 i NiCr2O4. Kako oksidacija napreduje, na površini prevlake brže rastu oksidi tipa Cr2O3 i NiCr2O4 od oksida tipa NiO i na taj način formiraju kontinualan zaštitni sloj. Ovaj zaštitni sloj usporava dalju oksidaciju nikla i produžava resurs prevlake. Oksidni slojevi

28

tipa Cr2O3 i NiCr2O4 su žilaviji od oksida tipa NiO i otporniji na nagle promene temperature. Radi izrade NiCrAl prevlake sa najboljim strukturno-mehaničkim karakteristikama urađene su tri grupe uzoraka sa različitim brzinama depozicije praha. S obzirom na to da plazma-sprej dopušta kontrolisanu brzinu depozicije praha (g/min), optimizirani su parametri depozicije praha. U radu su prikazani i analizirani rezultati mehaničkih i strukturnih ispitivanja NiCrAl prevlaka namenjenih za revitalizaciju i zaštitu nekih delova turbomlaznih motora, kao i primene prevlaka na nekim delovima vazduhoplova. Analiza ispitnih slojeva omogućila je da se uspostavi korelacija između parametara depozicije i strukturno- mehaničkih karakteristika i izvrši odabir najboljih slojeva. Cilj ovog rada bio je da se unapredi remont na sekcijama turbomlaznih motora koje su se odbacivale zbog pohabanosti uzrokovane oksidacijom, vrelom korozijom i drugim mehanizmima oštećenja. Novi sistem primene prevlaka u procesu remonta obezbeđuje veću efikasnost i pouzdanost rada u eksploataciji, uz smanjene troškove održavanja.

8.1.Detalji eksperimenta i materijal

Za eksperiment se koristio obloženi prah firme Sulcer Metko (Sulzer Metco) sa oznakom AMDRY 960. Prah NiCr/Al je razvijen za izradu prevlaka koje se najčešće koriste zasebno, kao zaštita metalne osnove od oksidacije i vrele korozije pri visokim temperaturama ili u kombinaciji sa keramičkim prevlakama kao vezni sloj. Kompozitni prah NiCr /Al se sastoji od čestica praha legure nikla i hroma (75%Ni, 19%Cr) koje su obložene sa 6% Al. Prah NiCr/Al se proizvodi tehnikom suvog raspršivanja (Spray drying). Kao jezgra za oblaganje koriste se čestice legure NiCr. Ove čestice mogu se dobiti postupkom suvog raspršivanja ili atomizacijom tečnog rastopa inertnim gasom. Jezgra od legure NiCr oblažu se česticama Al granulacije od 1 do 10 μm, uz upotrebu silikasola kao organskih veziva. Obloženi prahovi u procesu deponovanja omogućuju da dođe do egzotermne reakcije između komponenti praha da bi se oslobađanjem toplote obezbedilo bolje vezivanje prevlake za metalnu podlogu. Proizvedene čestice su približno sferičnog oblika i imaju dobru protočnost u mlaz plazme . Na slici 18 prikazana je (SEM) skening elektronska mikrofotografija morfologije obloženih čestica praha NiCr/Al. Temperatura topljenja čestica legure NiCr je 1339°C, a čestica Al 660°C. Raspon granulacije čestica praha koji se koristio u eksperimentu bio je od 45 do 120 μm.

Slika 18. (SEM) Skening elektronska mikrografija čestica praha NiCrAl

29

Depozicija praha izvršena je na atmosferskom pritisku sa mešavinom plazma-gasova Ar-He i sa snagom napajanja od 40KW. Na slici 19 prikazan je atmosferski plazma-sprej system (APS) firme Plasmadyne koji se koristio za izradu prevlaka.

Slika 19. Atmosferski plazma sprej sistem

Oprema se sastoji od: zaštitne kabine, komandnog pulta 3600, dodavača praha 1251, robota i plazma-pištolja SG-100. Materijal osnove na koje su deponovane prevlake bio je čelik X15Cr13 (AMS 5504). Pre deponovanja praha osnove nisu predgrevane, a površine supstrata su ohrapavljene belim plemenitim elektrokorundom granulacije od 0,7 do 1,5 mm. Cilj povećanja hrapavosti površine supstrata je uklanjanje tankog oksidnog sloja kako bi se površina učinila reaktivnijom sa istopljenim prahom i dobila bolja veza između prevlake i supstrata. Pri izboru parametara depozicije praha kao osnovni parameter uzeta je brzina deponovanja praha (g/min.). Brzina depozicije praha je jedan od najvažnijih parametara koji utiče na naponsko stanje prevlake koje je u direktnoj vezi sa kohezionom čvrstoćom, mikrotvrdoćom i adhezijom prevlake. Sa brzinom depozicije praha u velikoj meri se može regulisati udeo nestopljenih čestica, oksida i pora u prevlaci. Brzina deponovanja praha mora da bude optimalna da bi se obezbedilo potpuno topljenje čestica praha i na minimum smanjio procenat neistopljenih čestica, oksida i pora u slojevima prevlake. Sa većom brzinom deponovanja praha od optimalne brzine, čestice praha nemaju dovoljno vremena da se potpuno istope, što dovodi do povećanja udela nestopljenih čestica i pora u slojevima prevlake. Neistopljene čestice zajedno sa porama umanjuju kohezionu i adhezionu čvrstoću prevlake. Sa manjom brzinom deponovanja praha od optimalne brzine čestice praha su potpuno istopljene i imaju dovoljno vremena da u većem udelu reaguju sa kiseonikom u mlaz plazme, što dovodi do povećanja stepena oksidacije praha i udela oksida u deponovanim slojevima. Veliki udeo oksida, neistopljenih čestica i pora znatno umanjuje zaštitno dejstvo prevlake u eksploataciji. U ovom istraživanju urađene su tri grupe uzoraka da bi se dobili depoziti velike čvrstoće i žilavosti. Kod prve grupe uzoraka brzina depozicije praha bila je 50 g/min sa protokom nosećeg gasa od 7 l/min, kod druge grupe uzoraka ova brzina bila je 40 g/min sa protokom nosećeg gasa od 6 l/min, a kod treće grupe uzoraka 30 g/min sa protokom nosećeg gasa od 5 l/min. Ostali parametri deponovanja praha bili su konstantni i imali su sledeće vrednosti: jačina električne struje 800 A, napon luka 36 V, protok primarnog gasa (Ar) 47 l/min, protok sekundarnog gasa (He) 32 l/min, i odstojanje mlaza plazme 90 mm od supstrata. Prevlake su formirane sa debljinama od 0,55 do 0,6 mm koje su u skladu sa propisanim debljinama za funkcionalne delove turbomlaznih motora.

30

8.2. Ispitivanje mikrotvrdoće, čvrstoće spoja i mikrostrukture

8.2.1.Ispitivanja i karakterizacija slojeva prevlake rađena su prema TURBOMEKA (TURBOMECA) standardu

Mikrotvrdoća je merena duž lamela slojeva metodom Vikers (Vickers) sa opterećenjem od 300 g (HV 0.3). Merenje je izvršeno u tri oblasti: u sredini i na krajevima uzoraka. Prikazani vrednosti mikrotvrdoće su usrednjene zbog većeg broja merenja. Uzorci za merenje mikrotvrdoće, kao i za analizu mikrostrukture, izrađeni su od čelika Č.4171 (X15Cr13 EN10027) u termički neobrađenom stanju, dimenzija 70x20x1,5 mm.

8.2.2.Ispitivanje čvrstoće spoja između prevlake i osnove je metoda ispitivanja zatezanjem na kidanje

Uzorci za merenje čvrstoće spoja izrađeni su po standardu TURBOMEKA (TURBOMECA) od čelika Č.4171 (X15Cr13 EN10027) u termički neobrađenom stanju dimenzija φ25x50 mm. Za ispitivanje su korišćena po dva uzorka u paru, od kojih je jedan sa deponovanom prevlakom. Epruvete su ispitivane na sobnoj temperaturi sa brzinom kidanja od 1 mm/60 s . Za ispitivanje se koristilo po pet parova epruveta za svaku grupu prevlaka, a dobijene vrednosti su usrednjene. Mikrostruktura slojeva i kvalitet spoja između prevlake i osnove analizirana je pomoću svetlosnog mikroskopa pri uvećanju od 400x. Uzorci su sečeni normalno na površinu prevlake. Pre ispitivanja uzorci su obrušeni i ispolirani do ogledala. Procentualni udeo i veličina pora u slojevima prevlake određeni su poređenjem slike sa svetlosnog mikroskopa sa šablonima datim u odgovarajućem standardu.

8.3.Rezultati i diskusija

Na slici 20 dijagramski su prikazane vrednosti mikrotvrdoće slojeva NiCrAl prevlake.

Slika 20. Mikrotvrdoća NiCrAl slojeva

31

Slika 21. Čvrstoća spoja NiCrAl slojeva

Iz dobijenih vrednosti se vidi da su se za sve tri grupe uzoraka dobile mikrotvrdoće slojeva iznad 170HV0.3. Najveću vrednost mikrotvrdoće od 346 do 357 HV0.3 pokazali su slojevi deponovani brzinom depozicije praha od 30 g/min. Razlika između minimalne i maksimalne vrednosti mikrotvrdoće za ovu brzinu depozicije je mala i iznosi 11 HV0.3, što ukazuje na to da je raspodela oksida i pora ravnomerna u deponovanim slojevima. Na slici 21 dijagramski su prikazane vrednosti čvrstoće spoja prevlaka čije su vrednosti za sve tri grupe uzoraka bile iznad 35 Mpa. Najveće vrednosti čvrstoće spoja pokazali su slojevi deponovani brzinom depozicije praha od 30 g/min. Vrednosti čvrstoće spoja potvrđuju da je adhezija prevlaka sa supstratima dobra, kao i koheziona čvrstoća lamela u slojevima prevlake. Karakter razaranja za sve prevlake bio je adhezioni na interfejsu prevlaka/supstrat. Izuzetno visoke vrednosti čvrstoće spoja i vrednosti mikrotrdoće slojeva pokazatelj su da su udeli pora i nestopljenih čestica minimalni. Na slici 22 je prikazana mikro-struktura slojeva NiCrAl prevlake koji su pokazali najbolje mehaničke karakteristike. To su slojevi deponovani brzinom depozicije praha od 30 g/min. Kvalitativna analiza prevlake je pokazala da se dobila uniformnost slojeva na supstratu bez segmentnog odvajanja slojeva sa površine supstrata. Struktura slojeva je lamelarna. Na međupovršini se ne uočavaju oksidi, mikroprskotine i odvajanje slojeva od supstrata. Takođe, na međupovršini se ne uočava kontaminacija od sredstva za hrapavljenje. Veza deponovanih slojeva sa površinom supstrata je izvanredna. Unutrašnji slojevi prevlake su bez prisutnih mikroprskotina i makroprskotina. Kvantitativna analiza prevlake je pokazala da strukturu osnove čini čvrst rastvor hroma i aluminijuma u niklu svetlosive boje. U slojevima se ne uočavaju nestopljene čestice praha, što govori o dobroj istopljenosti čestica i dobrom razlivanju čestica praha u procesu depozicije na supstrat.

32

Slika 22. Mikrostruktura prevlake NiCrAl

Na granicama lamela svetlosive boje prisutne su lamele oksida tipa NiO i Cr2O3 tamnosive boje i lamele oksida α-Al2O3 crne boje, što je posledica inkorporiranja vazduha u mlaz plazme i mikropore. Prisutne pore su crne boje sa udelom ispod 8%.

9.ISPITIVANJE PREVLAKA Zn-Co LEGURA DOBIJENIH PULSIRAJUĆOM STRUJOM

Ispitivano je elektrohemijsko taloženje cink–kobalt legure pulsirajućom strujom na čeliku, a s ciljem dobijanja zaštitnih prevlaka sa povećanom korozionom stabilnošću. Prevlake legura su taložene pulsirajućim režimom sa različitim srednjim gustinama struje i pri različitom trajanju katodnog pulsa. Analiziran je uticaj ovih parametara na iskorišćenje struje prilikom elektrohemijskog taloženja na izgled prevlaka (snimanje elektronskim mikroskopom), hrapavost prevlaka i njihovu korozionu stabilnost u 3% NaCl (merenjem slobodnog korozionog potencijala u agensu korozije i snimanjem polarizacionih krivih). Pokazano je da u zavisnosti od vremena pulsa, prevlake taložene pulsirajućim režimom mogu da imaju bolju homogenost, sitnije aglomerate kristalnih zrna i manju hrapavost od onih taloženih pri istim uslovima, ali konstantnom gustinom struje. Veću korozionu stabilnost pokazale su prevlake legura taložene većom srednjom gustinom struje. Svojstva cinka, kao široko korišćene prevlake na čeliku, mogu se znatno poboljšati njegovim legiranjem. Sve legure na bazi cinka imaju ulogu takozvanih žrtvujućih elektroda, odnosno, one korodiraju štiteći na taj način čelik od korozije. Elementi koji se najčešće koriste za legiranje cinka su elementi trijade gvožđa: nikal, kobalt i gvožđe . Legiranjem se dobijaju prevlake znatno boljih mehaničkih, fizičkih i elektrohemijskih svojstava, a koroziona stabilnost legura zavisi od sastava rastvora za taloženje i parametara taloženja. Elektrohemijsko taloženje je jedna od najčešće korišćenih i dobro razrađenih površinskih tehnologija, koja se koristi za dobijanje funkcionalnih i dekorativnih prevlaka. Elektrohemijsko taloženje prevlaka legura se izvodi primenom konstantnih, ali i periodično promenljivih režima taloženja. Poznato je da se taloženjem metala periodično promenljivim režimom može poboljšati kvalitet galvanskih prevlaka . U praksi su šire zastupljena dva režima: pulsirajuća struja i reversna struja. Pokazano

33

je da se pulsirajućim režimom taloženja mogu dobiti prevlake koje imaju manju poroznost, duktilnost, tvrdoću i hrapavost nego prevlake dobijene konstantnom strujom, a u zavisnosti od parametara taloženja, one mogu biti i povećane korozione stabilnosti. Primenom pulsirajuće struje, umesto konstantne struje, moguće je jednostavnim variranjem parametara taloženja dobiti široki opseg sastava legure, kao i različita svojstva legura . U pulsirajućem režimu taloženja moguće je koristiti tri promenljive veličine umesto jedne (gustine struje taloženja) kod taloženja konstantom strujom. Ove promenljive su: srednja gustina struje tokom perioda taloženja, jav, katodno vreme, Ton, i vreme pauze (relaksacije), Toff. Veza između ovih promenljivih je data jednačinom:

gde je jk gustina katodne struje tokom perioda taloženja.

U ovom radu su ispitivane prevlake Zn–Co legure elektrohemijski taložene iz hloridnog elektrolita konstantnom i pulsirajućom strujom. U prethodnim istraživanjima je pokazano da su prevlake najveće korozione stabilnosti dobijene taloženjem iz hloridnog rastvora sa velikim odnosom koncentracija jona kobalta i cinka, gustinom struje od 4 A dm–2, pa su ovi parametric izabrani za analizu uticaja pulsirajućeg režima taloženja, sa ciljem da se ispitaju parametri taloženja prevlaka Zn–Co legura pulsirajućom strujom, kojima bi se dalje poboljšala koroziona stabilnost. Pošto je u uslovima taloženja metala pulsirajućom strujom moguće znatno povećati katodnu gustinu struje, a da se dobije ravnomernija prevlaka u odnosu na taloženje konstantnom strujom [10,18], prevlake su taložene i manjom srednjom gustinom struje (2 A dm–2). Praćen je uticaj katodnog vremena i srednje gustine struje taloženja na iskorišćenje struje, hrapavost i izgled prevlaka, kao i korozione osobine prevlaka legura.

9.1.Eksperimentalni deo

Prevlake Zn–Co legura na čeliku su taložene galvanostatski iz hloridnog rastvora, sledećeg sastava: 0,1 mol dm–3 ZnCl2, 0,5 mol dm–3 CoCl2 6H2O, 0,4 mol dm–3 H3BO3 i 3 mol dm–3⋅ KCl (pH vrednost rastvora 5,5), pulsirajućom i konstantnom strujom (2 i 4 A dm–2), na temperaturi od 25 °C. Za taloženje legura pulsirajućom strujom korišćenja su sledeća katodna vremena: 0,1, 1, 10, 100 ms i 1 s, sa istim odnosom pauze i katodnog vremena, 1:1. Radna elektroda za taloženje legura i polarizaciona merenja je bila čelična pločica (20 mm×20 mm), pomoćna elektroda je bila, pri taloženju legura, od cinka visoke čistoće (99,9%) a u polarizacionim merenjima platinska pločica. Referentna elektroda u svim eksperimentima je bila zasićena kalomelova elektroda (SCE). Svi potencijali su izraženi u odnosu na SCE. Pre elektrohemijskog taloženja Zn–Co legura čelične pločice su glačane abrazivnim papirima No. 360, 800, 1200 i 1600, odmašćivane u zasićenom rastvoru NaOH u etanolu i nagrizane u HCl (1:1). Debljine prevlaka su bile 11±0.5 μm.

34

Prevlake Zn–Co legura su snimane mikroskopom Olympуs CX 41 sa mikroskopskom kamerom Olympуs UC 30 sa razlličitim uvećanjima. Brzine korozije u aerisanom rastvoru 3% NaCl su određivane ekstrapolacijom Tafelovih pravih na potencijal otvorenog kola. Polarizacione krive su snimane brzinom promene potencijala od 1 mV s-1, posle uspostavljanja konstantnog potencijala otvorenog kola (do 20 min). Merenja su vršena korišćenjem potenciostata/ galvanostata Gamry Reference 600. Vrednosti slobodnog korozionog potencijala su merene dnevno u rastvoru 3% NaCl radi određivanja vremena do prve pojave produkata korozije (oksida gvožđa, tzv. „crvene rđe“). Makrohrapavost prevlaka Zn–Co legura, odnosno odnos između realne i geometrijske površine prevlaka legura, određivana je pomoću uređaja TR200 Surface Roughness Tester povezanog za računar. Merenje hrapavosti se vršilo na dužini od 4,0 mm. Merena je prosečna hrapavost, Ra, odnosno aritmetička sredina apsolutnih vrednosti odstupanja profila površine (izbočina i udubljenja), yi, od srednje linije profila (jednačina (2)):

gde je n broj lokalnih odstupanja profila na posmatranoj dužini (4,0 mm).

9.2.Rezultati i diskusija

9.2.1.Iskorišćenje struje

U prethodnim radovima je pokazano da se taloženjem iz rastvora navedenog sastava gustinom struje od 4 A dm–2 dobijaju prevlake najveće korozione stabilnosti. Za ispitivanje uticaja pulsirajućeg režima su zbog toga izabrane ova gustina struje, kao i niža (2 A dm–2), s obzirom na to da se primenom pulsirajućih režima mogu dostići visoke srednje gustine struje taloženja bez uticaja na paralelnu, nepoželjnu reakciju (izdvajanje vodonika). Radi poređenja, ispitivane su i prevlake dobijene taloženjem konstantnom gustinom struje od 2 i 4 A dm–2. Iskorišćenje struje prilikom elektrohemijskog taloženja je određivano na osnovu Faradejevog zakona, primenom jednačine:

gde je m masa istaložene prevlake, dobijena kao razlika mase čelične pločice pre i posle taloženja legure, z broj razmenjenih elektrona pri redukciji metalnih jona, što i za Zn i za Co iznosi 2, F Faradejeva konstanta, q količina proteklog naelektrisanja za vreme taloženja legure i M molarna masa metala koji se taloži (pošto se pretpostavlja da je daleko veći sadržaj Zn od Co u ispitivanim legurama, u računanju je uzimana molarna masa Zn). Na slikama 23 i 24 prikazane su zavisnosti iskorišćenja struje od katodnog vremena, kao i poređenje sa iskorišćenjem struje dobijenim pri taloženju sa konstantnom strujom, za različite srednje gustine struje taloženja.

35

Slika 23. Zavisnost iskorišćenja struje od katodnog vremena pri stalnom odnosu Ton:Toff = 1:1, jav = 2 A dm–2.

Kod obe ispitivane srednje gustine struje taloženja iskorišćenje struje se kreće između 68 i 75%. Za obe srednje gustine struje taloženja znatno je manje iskorišćenje kod taloženja konstantnom strujom nego kod primene pulsirajućeg režima. Na osnovu rezultata prikazanih na slikama 23 i 24 može se zaključiti da je pri istom odnosu pauze i katodnog vremena iskorišćenje struje neznatno manje prilikom taloženja sa većom srednjom gustinom struje taloženja.

Slika 24. Zavisnost iskorišćenja struje od katodnog vremena pri stalnom odnosu Ton:Toff = 1:1, jav = 4 A dm–2.

36

9.2.2. Morfologija prevlaka Zn–Co legure

Uticaj vremena katodnog pulsa na morfologiju prevlaka Zn–Co legura je prikazan na slici 25, za prevlake dobijene taloženjem pulsirajućom strujom srednjom gustinom struje taloženja od 4 A dm–2. Prevlaka dobijena pulsirajućim rezimom taloženja pri Ton od 1 s je homogena, kompaktna, sa mestimično većim aglomeratima kristalnih zrna na pojedinim mestima površine (slika 25a). Prevlaka dobijena katodnim pulsom od 100 ms (slika 25b) ima najhomogeniju površinu, dok je prevlaka dobijena pri Ton od 10 ms vrlo nehomogena, sa aglomeratima kristalnih zrna koji neujednačeno prekrivaju površinu (slika 25c). Slična, nehomogena, je i morfologija prevlake taložene pri Ton od 1 ms (nije prikazana na slika 25), dok je pri Ton od 0,1 ms dobijena srednje homogena površina. Na slici 26 prikazane su morfologije prevlaka, posmatrane elektronskim mikroskopom, dobijenih taloženjem pulsirajućim režimom taloženja, srednjim gustinama struje od 2 i 4 A dm–2, pri istoj vrednosti katodnog vremena Ton = 1 s. Uticaj srednje gustine struje taloženja se jasno može videti sa slike 26. Naime, taloženjem većom srednjom gustinom struje dobijaju se homogenije prevlake, sa aglomeratima kristalnih zrna manjih dimenzija. Može se pretpostavit da je taloženje Zn pod difuzionom kontrolom i da su manji aglomerati kristalnih zrna posledica uticaja pulsirajuće struje na prielektrodni difuzioni sloj Zn jona.

Slika 25. Morfologija prevlaka Zn–Co legura taloženih sa jav = 4 A dm–2, pri Ton: a) 1 s; b) 100; c) 10; d) 0,1 ms (uvećanje: 20×).

37

Slika 26. Morfologija prevlaka Zn–Co legura taloženih pri Ton = 100 ms: a) jav = 4 A dm–2,

b) jav = 2 A dm–2 (uvećanje: 10×).

Tabela 7. Makrohrapavost Zn–Co prevlaka taloženih sa dve različite srednje gustine struje, 2 i 4 A dm–2, pulsirajućom i konstantnom strujom

9.2.3.Makrohrapavost prevlaka Zn–Co legura

Makrohrapavost prevlaka Zn–Co legura dobijenih taloženjem pulsirajućom strujom primenom različitih katodnih pulseva i sa dve gustine struje taloženja je eksperimentalno određena i dobijeni parametri su prikazani u tabeli 8. Radi poređenja, određena je i makrohrapavost prevlaka dobijenih konstantnom strujom i rezultati su takođe prikazani u tabeli 7. Primer hrapavosti (neravnina na površini) uzoraka taloženih pulsirajućom strujom pri istoj dužini katodnog pulsa od 100 ms i različitim srednjim gustinama struje, snimljenoj na dužini uzorka od 4,0 mm, prikazan je na slici 27.

38

Slika 27. Potencijal otvorenog kola u 3% NaCl za legure taložene srednjom gustinom struje od 2 A dm–2 pulsirajućim režimom za različite vrednosti Ton i konstantnom strujom.

Parametri makrohrapavosti, Ra, za različite uzorke, kao i grafički prikazi hrapavosti površina prevlaka (promene visina izbočina i udubljenja na površini prevlaka), u saglasnosti su sa izgledom površine prevlaka posmatranim elektronskim mikroskopom (slike 28 i 29) odnosno, porast srednje gustine struje taloženja od 2 do 4 A dm–2 dovodi do smanjenja hrapavosti površine prevlake. Na osnovu podataka iz tabele 7 može se zaključiti da se primenom pulsirajućeg režima taloženja dobijaju prevlake finije strukture i sa manjom hrapavošću nego taloženjem konstantnom strujom. Ovo je zbog toga što pulsirajuća struja proizvodi bržu nukleaciju i rezultuje formiranjem zrna finije strukture. Posmatranjem optičkim mikroskopom pokazano je da su prevlake manje hrapavosti kompaktnije i homogenije površine.

9.2.4.Koroziona stabilnost prevlaka Zn–Co legura

Koroziona stabilnost Zn–Co legura određivana je praćenjem promene slobodnog korozionog potencijala tokom dužeg vremena izlaganja dejstvu rastvora 3% NaCl, kao i određivanjem vrednosti gustine struje korozije u istom rastvoru . Debljina prevlake je bila 11±0,5 μm, što je postignuto regulisanjem količine naelektrisanja koja protekne kroz ćeliju za vreme taloženja, na osnovu Faradejevog zakona.

39

9.3.Praćenje korozionog potencijala

Slobodni korozioni potencijal je meren jednom dnevno. Takođe je praćeno i vizuelno propadanje legure. Na slici 29 prikazane su promene korozionog potencijala prevlaka legura dobijenih taloženjem pulsirajućm režimom pri različitim vrednostima katodnog vremena Ton i srednjom gustinom struje od 2 A dm–2 i konstantnom strujom u zavisnosti od vremena delovanja korozionog agensa. Korozioni potencijal čelične osnove, bez prevlake, iznosio je –0,640 mV prema SCE, i na slici 29 je obeležen isprekidanom linijom. Vrednosti korozionog potencijala čelika sa prevlakama Zn–Co legura, Ecorr, rastu sa vremenom izlaganja dejstvu korozionog agensa i posle izvesnog vremena dostižu vrednost Ecorr čelika, što predstavlja gubitak taloga legure i početak procesa korozije na čeliku. Vrednosti Ecorr legura dobijenih pri različitim Ton rastvora se u početku malo razlikuju, ali posle izvesnog vremena, različitim brzinama, dostižu skoro istu vrednost. Početna razlika u korozionom potencijalu ovih legura je verovatno posledica razlike u hemijskom sastavu, od- nosno faznom sastavu legura. Najveće odstupanje početnog Ecorr je za prevlaku dobijenu pulsirajućom strujom pri Ton = 10 ms. Vreme pojave crvene rđe u 3 % rastvoru NaCl na ispitivanim Zn–Co legurama prikazao je u tabeli 8.

Slika 28. Potencijal otvorenog kola u 3% NaCl za legure taložene srednjom gustinom struje od 2 A dm–2 pulsirajućim režimom za različite vrednosti Ton i konstantnom strujom.

40

Tabela 8. Vreme pojave crvene rđe (dani) za Zn–Co legure taložene pulsirajućom i konstantnom strujom, srednjom gustinom struje od 2 i 4 A dm–2

Na osnovu rezultata prikazanih na slici 28 i u tabeli 8 može se zaključiti da taloženje prevlaka Zn–Co legura pulsirajućom strujom može značajno da poveća njihovu korozionu stabilnost. Takođe se može zaključiti da su prevlake dobijene sa katodnim pulsom od 10 ms najkraće trajale, kod obe ispitivane srednje gustine struje taloženja. Veću korozionu stabilnost su pokazale prevlake legura taložene većom srednjom gustinom struje (jav = 4 A dm–2), koje su bile manje hrapavosti (tabela 7). Na osnovu ovih podataka može se zaključiti da prevlake velike hrapavosti imaju manju stabilnost u odnosu na manje hrapave prevlake. Legure dobijene taloženjem srednjom gustinom struje taloženja 4 A dm–2 i pri Ton od 100 i 1000 ms su imale najbolju korozionu stabilnost, jer je proces korozije na njima otpočeo najkasnije (posle 50, odnosno 55 dana). Najlošiju korozionu stabilnost je imala prevlaka legure dobijene pulsirajućim taloženjem pri jav = 2 A dm–2 i Ton = 10 ms, koja je bila lošija i od prevlake dobijene taloženjem konstantnom strujom. Ova prevlaka je dobijena i sa najmanjim iskorišćenjem struje, što znači da vreme pulsa od 10 ms nije pogodno za taloženje Zn–Co legura dobrih zaštitnih svojstava na čeliku, sa parametrima taloženja ispitivanim u ovom radu.

9.4.Polarizaciona merenja

Koroziona stabilnost prevlaka Zn–Co legura određivana je i polarizacionim merenjima, snimanjem anodnih i katodnih polarizacionih krivih prevlaka legura u rastvoru 3% NaCl. Na slici 29 prikazane su zavisnosti E od log j za legure Zn–Co taložene srednjom gustinom struje od 4 A dm–2, pri Ton = 1s. Gustine struje korozije, jcorr, procenjene su iz preseka anodne Tafelove prave sa korozionim potencijalom. Vrednosti dobijenih gustina struje korozije su prikazane u tabeli 9. Prevlake Zn–Co legura taložene pri Ton = 100 ms i Ton = 1000 ms odlikuju se manjim strujama korozije i negativnijim vrednostima korozionog potencijala u odnosu na prevlake dobijene taloženjem sa manjim vrednostima Ton. Ovo je u saglasnosti sa rezultatima pojave prve rđe (tabela 9). Razlike u korozionoj stabilnosti su, pored ostalih parametara, posledica i različite morfolo- gije dobijene različitim parametrima taloženja. Nehomogena prevlaka dobijena taloženjem pri Ton = 10 ms (slika 3c) imala je najlošiju korizionu stabilnost verovatno i zbog toga što razlike u mikrostrukturi prevlake mogu da dovedu i do lokalne galvanske korozije.

41

S druge strane, homogena prevlaka Zn–Co legure, dobijena taloženjem pri Ton = 100 ms (slika 27b) je imala najveću korozionu stabilnost.

Slika 29. Polarizacione krive u 3% NaCl za Zn–Co legure taložene sa jav = 4 A dm–2 pulsirajućim režimom pri različitim vrednostima Ton.

Tabela 9. Vrednosti korozionog potencijala, Ecorr, i gustine struje korozije, jcorr, u 3% NaCl za Zn–Co legure taložene sa jav = 4 A dm–2 pri različitim vrednostima Ton

Uticaj režima taloženja i srednje gustine struje taloženja na gustinu struje korozije prikazan je na slici 29, na primeru prevlaka dobijenih taloženjem sa 4 i 2 A dm–2, pulsirajućim režimom pri Ton = 1 s. Razlika u korozionoj stabilnosti prevlaka dobijenih konstantnom i pulsirajućom strujom je očigledna. Vrednost gustine struje korozije za Zn–Co prevlaku taloženu konstantom strujom od 2 A dm–2 je 14,6 μA cm–2, što je preko šest puta veće od jcorr za prevlaku dobijenu pulsirajućom strujom sa manjom jav = 2 A dm–2 (2,4 μA cm–2) i preko 15 puta veće od jcorr za prevlaku dobijenu pulsirajućom strujom sa većom jav = 4 A dm–2 (0,93 μA cm–2). Sa slike 29 se vidi da je razlika u korozionom potencijalu, Ecorr, legura dobijenih pulsirajućim taloženjem sa Ton = 1 s različitim srednjim gustinama struje taloženja neznatna. Ipak, koroziona stabilnost se prilično razlikuje. Dobra koroziona stabilnost je, pored hemijskog i faznog sastava, posledica i

42

morfologije površine legure. Na slici 30 je pokazano da se taloženjem većom srednjom gustinom struje taloženja obrazuje homogenija i sitnozrnija prevlaka, koja rezultuje i povećanom korozionom stabilnošću. Pošto je hrapavost prevlaka dobijenih taloženjem pulsirajućom strujom manja od hrapavosti prevlaka dobijenih taloženjem konstantom strujom i prema podacima iz literature pretpostavlja se da su prevlake dobijene pulsirajućim režimom i finije strukture (sitnija kristalna zrna) od onih taloženih konstantom strujom.

Slika 30. Polarizacione krive u 3% NaCl za Zn–Co legure taložene pulsirajućim režimom pri Ton = 1 s, različitim srednjim gustinama struje i konstantnom strujom od 2 A dm–2.

Na osnovu svih prikazanih rezultata može se zaključiti da primena pulsirajućih režima znatno poboljšava kvalitet prevlaka Zn–Co legura i povećava njihovu korozionu stabilnost. Pokazano je da se prevlake boljih svojstava (manje hrapavosti i veće korozione stabilnosti) dobijaju taloženjem većom srednjom gustinom struje taloženja, mada je iskorišćenje prilikom taloženja ovom strujom neznatno manje.

43

ZAKLJUČAK

U radu su analizirani metode ispitivanja, mikrostruktura, mehaničke i tribološke karakteristike prevlake. Prednost primene ove prevlake je u značajnom produženju resursa delova uz smanjenje troškova eksploatacije i održavanja. Različite vrste prahova legure NiCrBSi koriste se, u kombinaciji sa karbidima i metalima, za zaštitu i reparaciju delova od prekomernog habanja. Prevlaka WCCoNiCrBSi naneta je na čelične osnove termičkim postupkom raspršivanja na atmosferskom pritisku (APS) sa optimalnim parametrima depozicije i ispitana su i analizirana njena strukturna, mehanička i tribološka svojstva. Struktura prevlake je lamelarna i slojevita, što je tipično za ovu vrstu prevlake. Osnovu slojeva WCCo čine volfram-karbid, a slojeva NiCrBSi čvrsti rastvor γ-Ni sa sadržajem hrom-karbida, hrom-borida i nikal-borida. Čvrstoća spoja između prevlake i površine osnove je adheziona i veoma visoka. Lom je bio na granici prevlaka/osnova, što ukazuje na visoke vrednosti kohezione čvrstoće slojeva prevlake. Vrednosti mikrotvrdoće slojeva prevlake su u propisanim granicama za ovu vrstu prevlake i te vrednosti su zajedno sa čvrstoćom spoja u korelaciji sa mikrostrukturama slojeva prevlake. Tribološka ispitivanja slojeva prevlake pokazala su dobru reproduktivnost dinamičkog koeficijenta trenja za ispitani broj uzoraka i kao takve mogu se pouzdano primeniti na površinama delova koji su izloženi habanju u eksploataciji. Na osnovu rezultata prikazanih u ovom radu može se zaključiti da prevlake Al2O33TiO2 i WC12Co izrađene plazma sprejom imaju veoma dobra strukturno mehanička svojstva koja se zahtevaju od tvrdih prevlaka otpornih na habanje, Ovi rezultati su potvrđeni u eksploataciji čaura izrađenih od čelika Č.4171 koje su izložene abrazivnom habanju filcanog prstena i celulozne mase u procesu proizvodnje papira. Primenom tvrde prevlake Al2O33TiO2 otpornost čaura je uvećana 6 puta, a primenom prevlake tipa WC12Co trajnost čaura je uvećana 9 puta. Čvrstoća spoja je dobra za sve tri prevlake. Najveće vrednosti čvrstoće spoja od 72 MPa imali su slojevi deponovani brzinom depozicije praha od 30 g/min. Sa povećanjem brzine depozicije praha opada čvrstoća spoja prevlake. Mehanizam loma išao je kroz sloj prevlake blizu površine prevlaka/supstrat. Vrednosti mikrotvrdoće i čvrstoće spoja prevlaka ukazuju na to da je optimalna brzina depozicije praha 30 g/min. Prva prevlaka koja je formirana brzinom depozicije praha od 30 g/min i pokazala najbolja mehanička svojstva ima dobru mikrostrukturu. Ova svojstva prevlake potvrđena su u eksploataciji funkcionalnih delova. Primenom ove prevlake znatno se poboljšala efikasnost i pouzdanost rada delova turbomlaznog motora u eksploataciji i znatno su se smanjili troškovi održavanja i remonta.

44

LITERATURA

[1] Teaching plasma spraying, Introducing plasma spray techniques, 5610 Wohlen Switzerland.[2] ″Turbojet engine-standard practices manuel″ Part No 58 5005, Pratt-Whitney.[3] D. Golubović, M. Mrdak, M. Simović, Tribološki efekti implementacije specijalnih čaura [4] Specification Support Standard, Nickel Plating, BAC 5746, BOEING[5] Specification Support Standard, Adhezion Test Method, Plating, BSS 7235, BOEING.[6] Overhaul Manual, Boeing, 65-73761, (11;17;32).[7] Component Maintenance Manual, Boeing, 65- 73762,(21;32;48)[8] Rolls-Rouce, Specifikacija Procesa Niklovanja, RPS 237,N0 5,1991.[9] Standard ASTM F 519, ASTM E8.[10] SNECMA Standardi: DMP 14.009, DMP 14.010.[11] H. Šuman: Metalografija, TMF Univerzitet u Beogradu, 24-52, 1981.[12] www.google.com

45