Особенности детонационных покрытий АК4-стекло
Автор: Виталий Андреевич Хижняк, Анастасия Сергеевна Дмитриева, Дмитрий Анатольевич Жеребцов, Андрей Геннадьевич Рязанов, Денис Александрович Винник, Кирилл Юльевич Пашкеев, Мария Николаевна Самодурова
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 4 т.17, 2025 года.
Бесплатный доступ
Исследование направлено на изучение возможности нанесения детонационным способом термобарьерных покрытий (ТБП), которые представляют собой композиты с различным содержанием алюминия АК4 и силикатного стекла. Показан высокий потенциал использования данных композитов в качестве ТБП, для применения в условиях механических и термических нагрузок в двигателях внутреннего сгорания. Образцы наносились с помощью газовой пушки с диаметром ствола 20 мм. Для исследования покрытий применялись сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионный рентгеновский спектральный анализ, рентгеновская порошковая дифракция и измерение твердости. Исходя из полученных данных, наиболее перспективными характеристиками обладают образцы, которые представляют собой композиты стекла и алюминия, имеющие высокую плотность и гладкую поверхность, в частности композит 25 % АК4 с 75 % стекла (43 % заполнение ствола). Данный состав имеет высокое содержание стекла, толщину полученного слоя 1,34 мм и гладкую плотную поверхность. Этими свойствами данный состав выгодно отличается от покрытий из чистого стекла или из чистого АК4. Очевидно, что два компонента (металл и стекло) действуют синергетически, снижая образование настылей, возможно, за счет повышения температуры жидких капель. Можно полагать, что более широкий по длинам волн спектр излучения стекла в случае смеси металл + стекло приводит к более эффективному нагреванию металла по сравнению с напылением чистого АК4. При использовании чистого стекла покрытие является слишком неоднородным, хрупким, трещиноватым и шероховатым из-за формирования волокнистых стеклянных хлопьев в полете. С точки зрения коэффициента полезного действия пушки (усвоение порошка до 30 %) наилучшие результаты показали образцы чистых АК4 и АК6 и чистого стекла. Их композиты также дают приемлемое усвоение (не менее 15 %). Пористость композитов незначительно выше пористости чистых компонентов. Данные композиты имеют высокий потенциал применения в качестве термобарьерных покрытий для двигателей внутреннего сгорания, за счет доступности компонентов и демонстрируемых характеристик, а также возможности нанесения в промышленных масштабах.
Термобарьерные покрытия, композиты, морфология, фазовый состав, твердость
Короткий адрес: https://sciup.org/147252529
IDR: 147252529 | УДК: 669.017 | DOI: 10.14529/chem250417
Features of detonation coatings AK4-glass
The study is aimed at investigating the possibility of applying thermal barrier coatings (TBC), namely the composites with different contents of aluminum alloy AK4 and silicate glass, by the de-tonation method. High potential for using these composites as TBCs is shown for use under mechanical and thermal loads in combustion engines. The samples were applied using a gas gun with a barrel diameter of 20 mm. Scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectral analysis, X-ray powder diffraction and hardness measurement were used to study the coatings. Based on the data obtained, the most promising characteristics are possessed by samples that are composites of glass and aluminum with high density and a smooth surface, in particular, a composite of 25% AK4 with 75% glass (43% barrel filling). This composi-tion has a high glass content, the thickness of the resulting layer is 1.34 mm and a smooth dense surface. These properties make this composition compare favorably with coatings made of pure glass or pure AK4. It is obvious that the two components (metal and glass) act synergistically, reducing the formation of scale, probably due to the increase in the temperature of liquid droplets. It can be assumed that the wider wave-length spectrum of glass radiation in the case of a metal + glass mixture leads to more efficient heating of the metal compared to spraying of pure AK4. When using pure glass, the coating is too non-uniform, brittle, cracked and rough due to the formation of fibrous glass flakes in flight. In terms of gun efficiency (powder absorption up to 30%), the best results were shown by samples of pure AK4 and AK6 and pure glass. The composites also provide acceptable powder absorption (at least 15%). The porosity of the composites is slightly higher than the porosity of the pure components. These composites have a high potential for use as thermal barrier coatings for combustion engines, due to the availability of components and demonstrated characteristics, as well as the possibility of application on an industrial scale.
