Влияние параметров микроплазменного напыления на потери напыляемой Zr проволоки и пористость покрытия
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2021.v79.i4.10Ключевые слова:
микроплазменное напыление (МПН), циркониевые покрытия, коэффициент использования материала (КИМ), пористость, фигура металлизации, имплантатыАннотация
В статье представлены новые результаты исследования причин потерь материала в процессе микроплазменного напыления (МПН) и обоснован выбор оптимальных параметров для эффективного напыления циркониевых проволочных покрытий на стальные подложки и получения покрытий с желаемой пористостью до 20,3 % на титановом сплаве. Оптимальные параметры напыления обеспечивают максимальный коэффициент использования материала (КИМ) - до 95%, и минимальные потери материала при напылении покрытий на детали малых размеров: 47% при напылении на подложку со средним диаметром площади поперечного сечения 2 мм и менее 1% при напылении на подложку со средним диаметром 8 мм. Исследования проводились с применением многофакторного эксперимента с дробными репликами 24–1 с варьированием таких параметров напыления, как сила тока, дистанция напыления, расход плазмообразующего газа и скорость подачи проволоки. Для изучения распределения материала покрытия в пятне напыления проводили макросъемку фигур металлизации и анализировали их с построением аппроксимирующих кривых. Методами сканирующей электронной микроскопии определяли размеры пор и пористость циркониевых покрытий при разных параметрах микроплазменного напыления на титановый сплав. Методами регрессионного анализа экспериментальных результатов были получены уравнения, позволяющие оценить степень влияния параметров микроплазменного напыления на величину КИМ и пористость покрытий и установлено, что наибольшее влияние оказывают сила тока и расход плазмообразующего газа. Обоснован выбор оптимальных параметров МПН циркониевого покрытия с пористостью, подходящей для покрытий медицинских имплантатов.
Библиографические ссылки
2 B. H. Robert, Journal of Thermal Spray Technology, 25, 827-850 (2016).
3 V.I. Kalita, A.I. Mamaev, V.A. Mamaeva, D.A. Melanin, D.I. Komlev, A.G. Gnedovets, V.V. Novochadov, V.S. Komlev and A.A. Radyuk, Inorg Mater Appl Res, 7(3), 376-387 (2016).
4 B. Fotovvati, N. Namdari and A. Dehghanghadikolaei, J Manuf Mater Process, 3(1), 1-22 (2019).
5 J.W. Nicholson, Prosthesis, 2, 100-116 (2020).
6 W. Liu, S. Liu and L. Wang, Coatings, 9, 249 (2019).
7 D. Apostu, O. Lucaciu, G.D.O. Lucaciu, B. Crisan, L. Crisan, M. Baciut, F. Onisor, G. Baciut, R.S. Câmpian and S. Bran, Drug Metab. Rev., 49, 92-104 (2017).
8 N. Eliaz, Materials, 12 (3), 407 (2019).
9 N.J. Hallab and Jacobs J.J., Orthopedic Applications. [In] Biomaterials Science, B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen [ed.] (Academic Press, San Diego, 2013), 841-882 p.
10 L. Kunčická, R. Kocich R. and T.C. Lowe, Prog Mater Sci, 88, 232-280 (2017).
11 M.V. Tumilovich, V.V. Savich and A.I. Shelukhina, Doklady BGUIR 7(101), 115-119 (2016).
12 F. Matassi, A. Botti, L. Sirleo, C. Carulli and M. Innocenti, Clin. Cases Miner. Bone Metab., 10(2), 111-115 (2013).
13 A. Civantos, C. Dominguez, R.J. Pino, G. Setti, J.J. Pavon, E. Martinez-Campos, F.J.G. Garcia, J.A. Rodriguez, J.P. Allain and Y. Torres, Surf Coat Technol, 368, 162-174 (2019).
14 D. Alontseva, E. Ghassemieh, S. Voinarovych, O. Kyslytsia, Polovetski, N. Prokhorenkova and A.T. Kadyroldina, Johnson Matthey Technol Rev, 64(2), 180-191 (2020).
15 S. Voinarovych, O. Kyslytsia, Ie.K. Kuzmych-Ianchuk, O. Masiuchok, S. Kaliuzhnyi, D. Teodossiev, V. Petkov, R. Valov, Al. Alexiev and V. Dyakova, Series on Biomechanics, 31 (4), 27-33 (2017).
16 D.L. Alontseva, A.R. Khozhanov, S. Voinarovich, O. Kyslytsia, N.V. Prokhorenkova, A.B. Sadibekov, S. Kalyuzhny and A.L. Krasavin, 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (Tomsk, 14-26 September, 2020), 817 – 821 p.
17 ASTM F136-13(2013) Standard Specification for Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications (UNS R56401), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013.
18 R.C. Tucker, ASM Handbook, Volume 5A: Thermal Spray Technology, (ASM International, 2013).
19 D.L. Alontseva, M.B. Abilev, A.M. Zhilkashinova, S.G. Voinarovych, O. Kyslytsia, E. Ghassemieh, A. Russakova and L. Łatka, Adv. in Mater. Science, 18(3) (57), 79-94 (2018).
20 ASTM E2109-01(2014) Standard Test Methods for Determining Area Percentage Porosity in Thermal Sprayed Coatings, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014.
21 L.Kh. Baldayeva, Gazotermicheskoe napyleniye: uchebnoe posobiye (Izd-vo: Market DS, 2007) 344 p. (in Russ).
22 M. Szala, L. Łatka, M. Awtoniuk, M. Winnicki and M. Michalak, Processes, 8, 1544 (2020).
23 L. Łatka, L. Pawłowski, M. Winnicki, P. Sokołowski, A. Małachowska and S. Kozerski, Applied Sciences, 10(15), 5153 (2020).
24 I.P. Gulyaev, Vizualizaciya gazodinamicheskoi struktury plazmennyh potokov napylitel’nogo plazmatrona “PNK-50” tenevym metodom, Vestnik Yugorskogo gosudarstvennogo universiteta, 4 (51), 61-68 (2018).
25 D. L. Alontseva, E. Ghassemieh, A.L. Krasavin, G.K. Shadrin, A.T. Kussaiyn-Murat and A.T. Kadyroldina, International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 9 (2), 280-286 (2020).
26 V.I. Kalita, D.A. Malanin, A.I. Mamaev, V.A. Mamaeva, V.V. Novochadov, D.I. Komlev, V.S. Komlev and A.A. Radyuk, Materialia, 15 (2021).
