Depozice kompozitních povlaků typu MMC na ocelové substráty metodou Cold Spray

Abstract

Metoda „Cold Spray“ je novodobou metodou povlakování, která je vůči jiným metodám povlakování charakteristická množstvím zajímavých výhod, ale také nedostatků. Jedním z největších nedostatků je problematické zpracování materiálů s omezenou tvárností. Diplomová práce se zabývá právě problematikou zpracování materiálů s omezenou tvárností, a jejím hlavním cílem je vývoj tribologických povlaků pro vysokoteplotní aplikace na ocelových substrátech. Součástí této práce je rozsáhlá rešerše, zahrnující charakter metody Cold Spray a její specifika v kontextu obtížně zpracovatelných materiálů. Rešerše je zakončena navrženou metodikou depozice, jejíž přístupy jsou ověřeny v experimentální části. Experimentální část představuje zpracování kompozitních povlaků Ni-B4C a Ni-SiC s objemovým podílech keramických částic 20 a 40 %. Všechny povlaky byly deponovány na substráty z oceli 42CrMo4. Analýza deponovaných povlaků zahrnovala hodnocení mikrostruktury (světelná a elektronová mikroskopie), hodnocení mikrotvrdosti a hodnocení adhezních sil. Nejlepší výsledky analýz vykazoval povlak Ni-40SiC s 40% objemovým podílem zpevňující fáze; z uvedených povlaků dosahoval nejvyšší mikrostrukturní kvality a hodnot mikrotvrdosti. Tento povlak byl vyhodnocen jako vhodný pro zvolenou aplikaci, a v závěru této práce jsou uvedena doporučení k dalšímu zvýšení jeho kvality.The Cold Spray method is a modern coating method characterized by several interesting advantages and drawbacks. One of the most significant drawbacks is the difficult manufacturing of materials with limited ductility. This work is dedicated to this issue, and its main objective is the development of tribological coatings for high-temperature applications on steel substrates. Extensive research focused on the nature of the chosen deposition method and its specifics in the context of materials with limited ductility is provided and concluded by a set of methodical approaches of deposition, which are verified in the experimental part of this work. The experimental part focused on processing Ni-B4C and Ni-SiC composite coatings, in which the reinforcement particle volume fraction was chosen as 20 and 40 %. All coatings were deposited on 42CrMo4 steel substrates. The analysis of the coatings consisted of microstructure evaluation (using optical and electron microscopy) hardness testing and adhesion testing. The Ni-SiC coating consisting of 40 vol.% SiC particles showed the best properties; compared to other coatings it offered the highest microstructural quality and microhardness values. This coating was found suitable for the chosen application, and further suggestions on improving the quality of this coating were provided in this work’s conclusion.