Procesy porušování termicky nanášených materiálů
ID projektu:GA106/01/0094
Poskytovatel:Grantová agentura České republiky
Období:01.01.2001 - 31.12.2003
Příjemce - koordinátorÚstav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i., Praha
Hlavní řešitel:Ing. Jiří Dubský, CSc.
Spolupříjemce / hl. řešitel(é):Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze -- Ing. Jan Siegel, CSc.
Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i., Praha -- Ing. Jiří Dubský, CSc
Spoluřešitelé z ÚFPP. Ctibor, P. Chráska, B. Kolman, F. Kroupa, J. Matějíček, K. Neufuss

Cíle projektu: Termické nanášení patří mezi progresivní technologie, umožňující přípravu povrchových vrstev a povlaků nebo samonosných součástí požadovaných vlastností. Mechanické vlastnosti těchto materiálů jsou významně ovlivněny póry a mikrotrhlinami, vznikajícími v důsledku tepelných procesů při nanášení. Významnou roli hrají i zbytková pnutí ve vrstvě i v substrátu. Praktické využití technologie žárového nanášení je podmíněno znalostí odezvy stříkaných materiálů na mechanické namáhání. Předkládaný projekt je zaměřen na výzkum procesů porušování probíhajících v žárově stříkaných materiálech při tahovém a ohybovém zatěžování. Pro vybrané typy termických nástřiků budou analytickými i numerickými metodami modelovány stavy napjatosti. Na základě předběžných poznatků budou určeny postupy a podmínky přípravy zkušebních těles pro experimentální část projektu. Rozsáhlý experimentální program bude zaměřen na statické zkoušky, únavové zkoušky, případně i zkoušky opotřebení příslušných materiálů. Součástí experimentu bude analýza strukturních parametrů nástřiků i charakteristik rozhraní vrstva-substrát, fraktografický popis mikromechanismů porušování i podrobné studium vazeb mezi degradačními procesy a strukturními parametry stříkaných materiálů pomocí mikroskopického pozorování lomového procesu„in-situ„. Cílem předkládaného projektu je popis mechanismů porušování při mechanickém zatěžování ve vazbě na strukturní parametry termicky nanášených materiálů.

Dosažené výsledky: Vprůběhu řešení projektu byla získána řada cenných informací o vlivutechnologických parametrů a způsobu nanášení vrstev na mechanickévlastnosti těles s termicky nanášenými nástřiky. Na základě výsledkůteoretických i experimentálních prací byly získány původní poznatky oodezvě těles s nástřiky na vnější zatěžování. Hlavní dosažené výsledky lzestručně shrnou takto: - U vybraných keramických a kovových nástřiků bylyproměřeny moduly pružnosti v tahu i tlaku při různých úrovních deformace.Na základě naměřených hodnot byla popsána anizotropie a nehomogenitamodulu pružnosti nástřiků.-Výsledky únavových zkoušek zcela jednoznačně prokázaly významný vlivnástřiku na únavové vlastnosti těles s nástřiky. V závislosti na typuvrstvy a na podmínkách nanášení může přítomnost vrstvy významným způsobemprodloužit únavové životy těles s nástřiky (např. plasmatický nástřikCr2O3 prodloužil průměrný únavový život těles 2,7 x). - Na základěfraktografického nálezu byly popsány nejen fraktografické znaky lomůvrstev, ale i hlavní mechanismy porušování vrstev při cyklickém ohybovémzatěžování a při otěru. - Bylo prokázáno, že únavové chování těles snástřiky je předurčeno především charakterem zbytkových pnutí, kterávznikají při nanášení vrstev. Zbytková pnutí nástřiků Al2O3 jsou tahovázatímco u nástřiků Cr2O3 jsou tlaková. Výsledkem je, že nástřiky Cr2O3vykazují lepší odolnost proti namáhání. - Teoretický rozbor nelinearityelastického chování při tahovém zatěžování plazmově stříkaných nástřikůumožnil výpočet stavu napjatosti v nástřicích. Byl navržen nelineárníkonstitutivní vztah popisující deformační chování nástřiků s póry amikrotrhlinami. Navržený vztah velmi dobře popisuje elastické ineelastické chování většiny zkoumaných nástřiků. Pro popis stavunapjatosti v reálných zkušebních tělesech s nástřiky byl použit numerickývýpočet metodou konečných prvků. Tento výpočet prokázal nutnost popisu jaknelineárního chování nástřiku, tak nelineárního chování substrátu. Metodakonečných prvků umožnila velmi dobrou predikci místa iniciace únavovétrhliny.

Související výsledky:

Chráska P., Nohava J., Kovářík O., Siegl J.: Young’s Modulus and Fatigue Behaviour of Plasma Sprayed Alumina Coatings. Journal of Thermal Spray Technology 14 [2] (2005) 231-238. [ Anotace ]

Materna A., Kroupa F.: Bending of Beams with Nonlinear Thermally Sprayed Coatings. Acta Technica CSAV 48 [1] (2003) 27-48.

Kroupa F.: Dependence of Microcrack Densities in Thermally Sprayed Coatings on Deformation. Acta Technica CSAV 48 [1] (2003) 49-64.

Dubský J., Chráska P., Ahmaniemi S., Vippola M., Vuoristo P., Mäntylä T.: Effect of Aluminum Phosphate Sealing on the Elastic Properties of Plasma Sprayed Ceramic Coatings. Proceedings of the 2003 International Thermal Spray Conference. Ohio : ASM International Materials Park, 2003 - (Marple, B.; Moreau, C.) s. 617-622.
[Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology.. Orlando, Florida (US), 05.05.2003-08.05.2003]

Landa M., Kroupa F., Neufuss K., Urbánek P.: Effect of uniaxial pressure on ultrasound velocities and elastic moduli in plasma sprayed ceramics. Journal of Thermal Spray Technology 12 [2] (2003) 226-233.

Neufuss K., Dubský J., Rohan P., Kolman B., Chráska P., Berger L.M., Zieris R., Thiele S., Nebelung M.: Structure and Properties of CaZrO2 Coatings Prepared by WSP and APS Spraying. Proceedings of the 2003 International Thermal Spray Conference. Ohio : ASM Interantional Materials Park, 2003 - (Marple, B.; Moreau, C.) s. 1541-1546. ISBN 0-87170-785-3. - (2).
[Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology.. Orlando, Florida (US), 05.05.2003-08.05.2003]

Neufuss K., Kolman B., Ctibor P., Chráska P., Laakso J., Ahmaniemi S., Vuoristo P., Mäntylä T.: Highly Porous Deposits of Cr2O3 Prepared by Plasma Co-spraying of Cr2O3 and Al. Proceedings of the 2003 International Thermal Spray Conference. Ohio : ASM International Materials Park, 2003 - (Marple, B.; Moreau, C.) s. 1307-1316. ISBN 0-87170-785-3. - (2).
[Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology.. Orlando, Florida (US), 05.05.2003-08.05.2003]

Nohava J., Siegl J.: Wear Mechanism of Al2O3 Coatings Deposited by Water-Stabilized Plasma Spraying. Workshop ČVUT 2003. Praha : ČVUT Praha, 2003. s. 574-575. ISBN 80-01-02708-2.
[Workshop ČVUT 2003.. Praha (CZ), 10.02.2003-12.02.2003]

Nohava J., Chráska P.: Wear resistance of Al2O3 and Cr2O3 coatings deposited by water-stabilized plasma spraying. Proceedings of 16th International Symposium on Plasma Chemistry. Bari : Department of Chemistry, University of Bari, 2003 - (d'Agostino, R.; Favia, P.; Fracassi, F.; Palumbo, F.) s. -.
[International Symposium on Plasma Chemistry/16th./. Taormina (IT), 22.06.2003-27.06.2003]

Nohava J.: Wet Slurry Abrasion Tests of Ceramic Coatings Deposited by Water-Stabilized Plasma Spraying. Acta Technica CSAV 48 [2] (2003) 203-214.

Ctibor P., Sedláček J., Neufuss K.: Influence of chemical composition on dielectric properties of Al2O3-ZrO2 plasma deposits. Ceramics International 29 [-] (2003) 527-532.

Kovařík O., Siegl J., Nohava J., Chráska P.: Young's Modulus and Fatigue Behavior of Plasma Sprayed Alumina Coatings. Proceedings of the 2003 International Thermal Spray Conference. Ohio : ASM International Materials Park, 2003 - (Marple, B.; Moreau, C.) s. 1379-1386. ISBN 0-87170-785-3. - (2).
[Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology.. Orlando, Florida (US), 05.05.2003-08.05.2003]

Kovářík O., Nohava J., Siegel J.: Mechanical Properties of Plasma Sprayed Alumina Coatings. Acta Technica CSAV 48 [2] (2003) 129-145.

Nohava J.: Mechanical Properties of Plasma Sprayed Coatings at Low and High Deformations. Workshop ČVUT 2003. Praha : ČVUT Praha, 2003. s. 572-574. ISBN 80-01-02708-2.
[Workshop ČVUT 2003.. Praha (CZ), 10.02.2003-12.02.2003]

Kolman B., Neufuss K., Jančárek A., Dubský J., Chráska P.: Plasma Sprayed Zircon Deposits Modified by Laser Treatment. Acta Universitatis Scientarium Socialium et Artis Educandi Tallinnensis, Proceedings of the Tallinn University of Social and Educational Sciences, B2, Reali, Dense Plasma Interaction with Materials. Tallinn, 2003 - (Ugaste, U.) s. 69-78. ISBN 9985-58-276-4. ISSN 1736-0633.
[Dense Plasma Interaction with Materials.. Tallinn (EE), 09.10.2003-11.10.2003]

Kroupa F., Plešek J.: Nonlinear elastic behavior in compression of thermally sprayed materials. Materials Science and Engineering A-Structural materials 328 [1] (2002) 1-7.

Kroupa F., Plešek J.: Bending of Beams With Elastically Non-Linear Coatings. Journal of Thermal Spray Technology 11 [4] (2002) 508-516.

Dubský J., Matějíček J., Prask H. J., Gnäupel-Herold T.: Residual and applied stresses in plasma Cr2O3 coatings. Materials Science Forum, Vol. 404-407, 2002, 419-424 ISBN 0-87849-900-8. [ Link ]
[European Conference on Residual Stresses/6th./. Coimbra (PT), 10.07.2002-12.07.2002]

Matějíček J., Sampath S., Gnaupel-Herold T., Prask H. J.: Residual Stress in Sprayed Ni+5% Al Coatings Determined by Neutron Diffraction. Applied Physics A - Materials Science & Processing 74 [supplement 8] (2002) S1692-S1694. [ DOI ]

Kroupa F., Plešek J.: Elastic nonlinearity due to microcracks in thermally sprayed materials. Proceedings of Euromech Colloquium 430. Prague : Institute of Thermomechanics AS CR, 2002 - (Plešek, J.) s. 105-115.
[Euromech colloquium 430 - Formulations and constitutive laws for very large strains. Praha (CZ), 03.10.2001-05.10.2001]

Dubský J., Prask H. J., Matějíček J., Gnäupel-Herold T.: Stresses in plasma-sprayed Cr2O3 coatings measured by neutron diffraction. Applied Physics A - Materials Science & Processing 75 [-] (2002) 1-3. [ DOI ]
[International Conference on Neutron Scattreing.. Munich, 09.08.2001-13.08.2002]

Kroupa F., Plešek J.: The effect of uniaxial pressure on elestic parameters of plasma-sprayed ceramics. Acta Technica CSAV 47 [1] (2002) 39-46.

Chráska P., Kolman B., Dubský J., Ctibor P., Neufuss K.: Spatial distribution of chemistry, structural features and phases in tehrmal spray deposits. Acta Technica CSAV 46 [-] (2001) 323-336.

Kroupa F., Dubský J.: Pressure Dependency of Young's Moduli of Thermal Sprayed Materials. Scripta Materialia 40 [-] (1999) 1249-1254.