Ванадий и хром в системах термического напыления покрытий

Введение

Системы покрытий, наносимых методом термического напыления, защищают детали от коррозии и износа. Ключевыми компонентами таких покрытий являются ванадий и хром. Они обладают разными свойствами, которые влияют на их поведение в экстремальных условиях. В этой статье мы рассмотрим, чем ванадий отличается от хрома.

Обзор свойств материала

Ванадий - вязкий, легкий металл. Его плотность составляет около 6,0 грамма на кубический сантиметр, что ниже, чем у хрома, - около 7,2 грамма на кубический сантиметр. Ванадий плавится при температуре около 1910°C. Металл обладает хорошим сочетанием прочности и вязкости. Его микроструктура в большинстве случаев сохраняет твердые покрытия с некоторой пластичностью.

Хром имеет температуру плавления около 1907°C. Хром - чрезвычайно твердый, устойчивый к коррозии металл. Его оксид образует защитный слой, который предотвращает дальнейшую коррозию металлических поверхностей. При термическом напылении хром образует долговечные и прочные покрытия. Его поведение при высоких температурах очень надежно.

Результаты различных исследований показывают, что при использовании ванадия в качестве сырья для термического распыления образуются износостойкие покрытия с меньшей плотностью. В то же время хромовые покрытия немного толще и имеют очень гладкую и ровную структуру. Это становится решающим фактором при выборе лучшего материала для конкретного промышленного применения.

Особенности обработки при термическом напылении

Процесс термического напыления основан на расплавлении порошкового сырья и выдувании его на поверхность. Здесь важную роль играют физические характеристики исходного материала. Частицы ванадия легче плавятся в некоторых системах. Они менее склонны к преждевременному окислению. Однако следует быть осторожным и не применять слишком высокую температуру пламени.

Порошки хрома также нуждаются в тщательном контроле. Они более склонны к образованию оксидного слоя до попадания на подложку. Этот оксидный слой может способствовать или препятствовать адгезии покрытия, в зависимости от параметров процесса. Операторы часто регулируют размер частиц и кинетическую энергию, чтобы улучшить качество покрытия для обоих металлов.

Важными факторами являются контроль температуры и расстояние распыления. На практике технические специалисты используют технологические условия, поддерживающие оптимальную температуру. Они используют калиброванные потоки газа и скорости частиц. Например, температура пламени около 2500°C и контролируемое расстояние распыления помогают создать однородное покрытие с меньшим количеством оксидов в обоих металлах. Такие факторы помогают обеспечить более предсказуемые характеристики покрытия при эксплуатации.

Сравнение характеристик

Ванадий и хром имеют свои преимущества при использовании в термическом напылении. Ванадиевые покрытия, как правило, хорошо противостоят износу. Они хорошо работают в тех случаях, когда поверхность соприкасается с эрозией, вызванной частицами или брызгами жидкости. Лабораторные испытания показали, что ванадиевые покрытия снижают износ на 20 процентов по сравнению с поверхностями без покрытия.

Хромовые покрытия часто обладают повышенной коррозионной стойкостью. Они предпочтительны в тех случаях, когда влага и агрессивные химические вещества разрушают подложку. Хромовые покрытия выдерживают испытание временем, когда их наносят на компоненты промышленных печей или морского оборудования. Испытания показали, что защитный оксидный слой хрома может снизить скорость коррозии на 30 % в тяжелых условиях.

Относительная эффективность покрытий зависит от субстрата и окружающей среды. При высоком трении ванадий обеспечивает снижение теплового напряжения. Для химической стойкости при длительном воздействии кислот хром остается очень хорошим выбором. Зная характеристики каждого металла, можно сделать практический выбор.

Промышленное применение

Промышленные предприятия выбирают эти металлы, исходя из тех проблем, с которыми они сталкиваются ежедневно. Ванадиевые покрытия широко распространены в отраслях, где износ является основной проблемой. Например, детали гидравлических турбин, режущие инструменты и устройства с высоким уровнем износа часто покрываются ванадиевыми покрытиями методом термического напыления. В автомобильных и аэрокосмических компонентах важны минимальный вес и приемлемая износостойкость.

Хромовые покрытия находят применение в коррозионных средах. Обычно это детали для химических заводов, морское оборудование и детали печей, работающих при повышенных температурах. В большинстве случаев образование устойчивой оксидной пленки хрома увеличивает срок службы детали в агрессивных средах. Оба металла также используются в лопатках турбин и промышленных компрессоров, где требуется повышенная надежность.

Инженеры и технические специалисты ссылаются на конкретные примеры, когда ванадиевые покрытия сокращали время простоя из-за абразивного износа. В аналогичных случаях хромовые покрытия снижали затраты на техническое обслуживание благодаря устойчивости к коррозии. Эти подробные уроки из многих реальных применений позволили промышленности подобрать свойства материала в соответствии с конкретными требованиями.

Сравнительная таблица

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь кStanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

И хром, и ванадий придают положительные свойства системам термического напыления покрытий. Ванадий - легкий металл с отличной износостойкостью, который хорошо подходит для механических компонентов и снижения трения. Хром обладает хорошей коррозионной стойкостью и гладкой, твердой поверхностью. Ваш выбор будет зависеть от конкретных требований к применению и окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы

F: В чем заключается одно из преимуществ ванадиевых покрытий?

В: Они обеспечивают превосходную износостойкость в абразивных средах.

F: Как хром помогает в коррозионных средах?

В: Он образует защитный оксидный слой, который уменьшает коррозию.

F: В каких отраслях промышленности обычно используются эти покрытия для термического напыления?

В: Такие отрасли, как автомобильная, аэрокосмическая и химическая, используют эти покрытия.