Университет Ноттингема получил градиентное покрытие вольфрам-медь за один проход плазменного напыления

Исследователи Центра передового опыта в области покрытий и поверхностной инженерии (CE-CSE) Университета Ноттингема впервые изготовили функционально-градиентное покрытие вольфрам-медь методом атмосферного плазменного напыления с осевой подачей порошка - без вакуумной камеры. Работа опубликована в журнале Surface and Coatings Technology, исследование финансировал UK Atomic Energy Agency (UKAEA).

Вольфрам держит экстремальные температуры и механический износ, медь эффективно отводит тепло. Прямое соединение двух материалов проблематично: коэффициенты теплового расширения у них разные, при нагреве возникают внутренние напряжения, трещины и ранний выход из строя. Команда решила задачу плавным переходом состава - от 100% меди у подложки до 100% вольфрама на поверхности, без резких границ слоёв.

Установка окружает плазменную струю защитным газовым экраном (shroud). Расплавленные частицы летят в этом «пузыре», не контактируя с кислородом воздуха. В результате:

• пористость покрытия значительно ниже, чем у стандартного атмосферного плазменного напыления;
• содержание оксида меди существенно ниже, чем при обычном напылении, где окисление прогрессивно повышает твёрдость по толщине;
• термообработка после напыления дополнительно снизила микротрещины в вольфрамобогащённых зонах и улучшила металлургическое сцепление слоёв.

Покрытие получено за один технологический шаг - без промежуточных вакуумных операций, что принципиально для масштабирования.

Целевой объект - дивертор термоядерного реактора: компоненты, обращённые к плазме и работающие при высоких тепловых потоках. Профессор Танвир Хуссейн (CE-CSE) указал на применимость технологии также в космической и аэрокосмической отраслях, где компоненты работают в экстремальных условиях.

По теме: двухслойное покрытие труб.

Источник — eurekamagazine.co.uk