Printer Friendly

APSAUGINIU KOMPOZICINIU DANGU METALINES NIKELIO MATRICOS PAGRINDU TYRIMAS.

Ivadas

Nikelio pagrindo dangos efektyviausiai taikomos, kai reikalaujamas pavirUiaus atsparumas dilimui, esant korozinei terpei ir aukUtatemperaturei oksidacijai (Sidhu, Prakash, & Agrawal, 2006). Apsaugines nikelio pagrindo dangos labai paplito ivairiose pramones srityse visu pirma del iUskirtiniu paties nikelio savybiu. Grynas nikelis yra tasus ir plastiUkas, nes iki lydymosi taUko (1453 *C) iUlaiko KCP gardele, todel tasiai trapi busena nikelio lydiniams nebudinga. Nikelis pasiPymi geru koroziniu atsparumu atmosferoje, gelame vandenyje, deaeruotose neoksidinese rugUtyse ir labai geru atsparumu Uarmuose. Su daugeliu elementu nikelis sudaro kietaji tirpala ir gali iUtirpinti ju daug bei ivairiais santykiais. Tai leidPia, keiciant legiravimo elementu kieki ir santyki, varijuoti specialiasias lydiniu savybes placiu diapazonu: pagerinti mechanini atsparuma sustiprinant kietaji tirpala, suformuojant dispersines fazes ir kietuosius intarpus, pagerinti atsparuma korozijai ir aukUtatemperaturei oksidacijai (Davis, 2000). Siekiant pagerinti dangu atsparuma dilimui, papildomai legiruojama, modifikuojama ir purUkiami milteliai maiUomi su metalu karbidais (WC, TiC, VC, [B.sub.13][C.sub.2], SiC ir kt), boridais ([TiB.sub.2]) ir oksidais ([CeO.sub.2], [La.sub.2][O.sub.3], [Y.sub.2][O.sub.3] ir kt.) (Cai, Tan, He, Tan, & Gao, 2013; Kim, Hwang, Lee, & Juvanon, 2003; Li, Songb, Zhang, Lei, & Chena, 2003). Del labai geru vilgomuju savybiu Ni-B-Si pagrindo matricoje, didelio kietumo (16-22 GPa), aukUtos lydymosi temperaturos (2600-2850 [degrees]C) komerciniuose miUiniuose daPniausiai naudojami volframo karbidai WC.

Terminis purUkimas--vienas labiausiai paplitusiu budu formuoti storas apsaugines dangas. Taciau yra Pinoma, kad, taikant plazmini, elektrolankini, liepsnini purUkima, susiformuoja sluoksnine struktura, kuriai budingas didelis akytumas ir nestipri adhezija. Literaturos apPvalga parode, kad paskutine Ni/WC dangu technologiju vystymosi tendencija yra lazerinis purUkimas, kurio metu milteliai tiekiami i substrato pavirUiumi judanti lazerio spinduli, kuris juos iUlydo ir suformuoja atskira dangos takeli pavirUiuje (Shu et al., 2018; Erfanmanesh, Abdollah-Poura, Mohammadian-Semnani, & Shoja-Razavi, 2018; Ortiz, Garcia, Cadenas, Fernandez, & Cuetos, 2017; Weng, A. Wang, Wu, Y. Wang, & Yang, 2016; Xu, Zhang, Xuan, Wang, & Tu, 2012; Zhou, Zeng, Hu, & Huang, 2008; Zhou, Dai, & Zeng, 2009; Liang & Wong, 1997). Taciau, taikant lazerinio purUkimo buda Ni/WC milteliu miUiniams, susiduriama su tam tikromis problemomis. Karbidai linke iUtirpti metalines matricos lydale. Tai ne tik labai sumaPina dangu kietuma, bet ir skatina poru formavimasi dangoje del CO2 duju, kurios susidaro reaguojant deguoniui su anglimi, iUsilaisvinusia iU karbidu. Del didelio tankio karbidai linke nusesti suformuoto dangos sluoksnio apacioje ir gauti homogeniUka struktura yra sudetinga. Taip pat, vykstant labai intensyviam ir greitam kaitinimui bei staigiam atauUimui, susiformuoja reikUmingi liekamieji terminiai itempiai, kurie skatina itrukiii susidaryma dangoje.

AtsiPvelgiant minetus kitu taikomu budu trukumus, Uiame darbe pasiulyta pritaikyti maPiau intensyvius kaitinimo metodus formuojant Ni/WC dangas. Yra Pinoma, kad perlydomuju dangu struktura ir savybes priklauso nuo pasirinkto perlydymo budo. AtsiPvelgiant i tai, buvo pritaikyti trys skirtingi tradiciniai perlydymo budai: liepsninis, indukcinis ir krosnyje. Kadangi perlydymo laikas tampa itin svarbiu veiksniu, nes atsiranda karbidu iUtirpimo ir iUdegimo pavojus, eksperimentai atlikti taikant skirtinga kaitinimo laika. Eksperimentu rezultatai leido nustatyti tradiciUkai kaitinant suformuotu dangu optimalios strukturos poPymius ir ivertinti Uiu metodu efektyvuma formuojant kompozicines Ni/WC dangas.

1. MedPiagos ir metodai

Eksperimentams 150x40x10 mm bandiniai mechaniUkai iUpjauti iU karUtai valcuotos 150 mm plocio juostos ir ju pavirUius paruoUtas remiantis nurodymais, pateiktais standarte LST EN 13507. Nuo bandiniu pavirUiaus su izopropilo alkoholiu nuvalytas purvas, riebalai ir kiti neUvarumai. MechaniUkai paUalinta oksidu plevele, budinga karUtai valcuotiems gaminiams, ir pavirUius apdorotas skaldytu grudintojo plieno Uratu abrazyvo srautu (srauto slegis--0,05 MPa). Dangos sluoksnis suformuotas liepsninio purUkimo su neutralia C2H2/O2 liepsna budu. PurUkimui naudota NiCrFeCSiB + 40 % WC milteliu miUinys (1 lentele) ir purUkimo iranga ,,Castolin Eutectic". UPpurkUtos dangos buvo perlydytos trimis skirtingais budais--neutralia C2H2/O2 liepsna, indukcinio kaitinimo budu (160 kHz; 1.4 kV; 2.5 kW; 28 A), elektrine krosnimi (1300 [degrees]C), taikant skirtinga laika. Bandiniu Pymejimas pateiktas 2 lenteleje.

Bandiniu mikrostruktura iUtirta skenuojamuoju elektroniniu mikroskopu ,,SEM JEOL JSM-7600F" (SEM) su irengtu energijos dispersijos spektrometru (EDS) rentgeno mikroanalizei atlikti. Mikrokietumas iUmatuotas Knupo metodu poliruotuose skersiniuose mikroUlifuose su ,,Zwick Roell ZH|a" automatizuotu kietmaciu, kurio matavimo paklaida - 1 %, su 2 kg apkrova ir 10 s iUlaikymo trukme. Dilimo bandymas atliktas dvieju kunu sausos trinties metodu su 35 kN apkrova, naudojant P220 abrazyvini popieriu.

2. Rezultatai

UPpurkUtu ir perlydytu dangu mikrostruktura pateikta 1 paveiksle. Apibendrinant dangu mikrostrukturos ir rentgeno mikroanalizes tyrimo rezultatus, matyti, kad skirtingi perlydymo budai--krosnyje, liepsninis ir indukcinis--suformavo panaUias mikrostrukturas. Liepsninio purUkimo budu iU Ni lydinio ir WC milteliu miUinio suformuotos dangos pasiPymi dideliu liekamuoju akytumu, silpna dangos adhezija ir tolygiu WC pasiskirstymu dangoje (1 paveikslas, a). Perlydant uPpurkUta danga bet kuriuo iU iUvardytu metodu, mikrostrukturos evoliucija vyksta tais paciais etapais. Kai kaitinimo laikas yra labai trumpas, dangos mikrostrukturoje neivyksta pastebimu pokyciu, palyginti su uPpurkUtos dangos struktura. Tokia struktura pasiPymejo Kr1, kaitintas krosnyje 1 min. (1 paveikslas, b). Kaitinant ilgiau, dalis Ni daleliu apsilydo, sumaPeja tuUtumu, danga sutankeja, taciau metalurginis ryUys tarp dangos ir substrato nespeja susiformuoti arba susiformuoja tik iU dalies--tokia struktura buvo nustatyta bandiniu, kaitintu krosnyje 2 min, perlydytu liepsna 1 min ir indukciniu budu 1 min (Kr2, Lp1 ir In1) (1 paveikslas, c, f ir h). Toliau kaitinant, apsilydo / iUsilydo visos metalines daleles, substrato pavirUius suvilgomas lydalu, auUinamos dangos struktura ima formuotis kristalizuojantis vienfaziam plokUtumines kristalizacijos sluoksniui--susiformuoja tanki nikeline matrica, turinti tvirta metalurgini ryUi, kurioje yra tolygiai pasiskirsciusios nepakitusios karbido daleles. Del Fe difuzijos, dangos srityje arti substrato yra padidejusi Fe koncentracija. Tokia struktura susidare bandiniuose Lp2, perlydytuose liepsna 2 min (1 paveikslas, g). Kaitinant dar ilgiau, volframo karbidai pradeda iUtirpti ir pasiskirstyti metalineje matricoje--bandinys Kr3 ir In2 (1 paveikslas, d, i). Dar ilgiau pakaitinus danga (Kr4, 1 paveikslas, e), karbidai toliau tirpsta metalineje matricoje; srityje prie substrato, kur del intensyvios difuzijos yra padidejusi Fe koncentracija, volframas, iUtirpes nikelio pagrindo lydale, auUimo metu iU dalies iUlieka kietajame daug nikelio ir gelePies turinciame tirpale, iU dalies susikristalizuoja i eutektikos pavidalo faze.

2 paveiksle pateiktas perlydytu skirtingais budais dangu mikrokietumas pagal Knupa pavirUiniame dangos sluoksnyje. IU grahko matyti, kad didPiausias mikrokietumas budingas Lp2 bandiniui, In1 yra antroje vietoje, o Kr3- trecioje. Lp1 kaip ir Kr1 budingas maPiausias mikrokietumas, kaip ir buvo galima tiketis atlikus mikrostrukturos analize.
2 paveikslas. Dangu vidutinis mikrokietumas
Figure 2. Average coatings microhardness

KR1  544
KR2  699
KR3  755
KR4  625
Lp1  573
Lp2  880
In1  768
In2  661

Note: Table made from bar graph.


Atlikus mikrostrukturos tyrimu ir mikrokietumo matavirrnu rezultatu analize, dilimo bandymams buvo pasirinkti Uie bandiniai: Lp2, In2 ir Kr3. Bandiniu Kr3 ir Lp2 mikrokietumas iU savo grupes bandiniiu buvo didPiausias. IU indukciniu budu perlydytu bandini didesnis kietumas budingas bandiniui In1, taciau jame geras salytis tarp dangos ir substrato nesusiformavo iki galo, todel dilimo bandymui buvo pasirinktas In2 bandinys.

Bandymo metu dangu iUdilimas buvo vertinamas fiksuojant bandiniu mase kas 600 s. Apdorojus Uiuos duomenis, apskaiciuota prarasta dangos mase begant laikui. Bandymo metu taip pat buvo fiksuojamas Vikerso ispaudo istriPaines pokytis, kuris buvo perskaiciuotas i dangos storio sumaPejima. Naudojant Uiuos rezultatus buvo sudarytos bandiniu mases nuostoliu kreives (3 paveikslas), iU kuriu matyti, kad maPiausiai mases prarado Lp2 danga, kurios kietumas yra didPiausias iU visu tirtu dangu. Kr3 ir In2 dangos po 1800 s bandymo stende su 35 N apkrova prarado tiek pat mases; mases nuostolis Uiuose bandiniuose buvo ~60 % didesnis, palyginti su Lp2. Ivertinus dangu storio maPejima dilimo metu, gauti analogiUki rezultatai--bandiniu In2 ir Kr3, o ju dangos storio sumaPejimas po 1800 s buvo ~33 % didesnis negu Lp2 dangos. Gauti dilimo bandymo rezultatai koreliuoja su dangu kietumo matavimo rezultatais. Taip pat jie patvirtino, kad optimali yra Lp2 dangu struktura, kurioje susiformavo tanki nikeline matrica, taciau nespejo iUsilydyti volframo karbidai.

IUvados

1. Tiriamojo darbo metu nustatyta, kad liepsniniu budu uPpurkUtoms dangoms budingas didelis poru ir tuUtumu kiekis bei tolygus WC karbido pasiskirstymas uPpurkUtame sluoksnyje.

2. Perlydant uPpurkUtas dangas krosnyje liepsniniu arba indukciniu budu susiformuoja panaUi dangos mikrostruktura; dangu liekamasis akytumas ir morfologines savybes priklauso nuo dangu kaitinimo laiko.

3. Esant nepakankamam kaitinimo laikui, susiformuoja dideli liekamaji akytuma turincios dangos, kuriu adhezija substratui yra silpna.

4. Perkaitinus danga, volframo karbidai iUtirpsta metalineje matricoje. AuUtant dangai, volframas iU dalies susikristalizuoja daug Ni ir Fe turinciame kietajame tirpale, iU dalies suformuoja [gamma](Ni, Fe)-W2C pavidalo eutektika. Del to dangu kietumas ir atsparumas dilimui labai sumaPeja.

5. Optimalia struktura turi dangos, kuriose susiformuoja tanki metaline matrica, metalurginis ryUys tarp dangos ir substrato, o WC karbidai lieka neiUtirpe. Tokios strukturos dangos pasiPymi didPiausiu kietumu, geriausiu atsparumu dilimui ir turi gera adhezija su substratu. eiame darbe tokia struktura buvo gauta kaitinant bandini (Lp2) neutralia acetileno ir deguonies liepsna 2 min po voneles susidarymo. Lp2 dangos kietumas sieke 880 HK.

6. Tam, kad didPiausio kietumo ir geriausio atsparumo dilimui struktura susiformavo bandiniuose, kaitintuose liepsna, papildomai galejo tureti poveiki liepsnos slegis i danga perlydant, ko nera kaitinant krosnyje arba veikiant indukciniu budu. eiai hipotezei patikrinti reikia papildomu tyrimu.

7. Bet kuris iU darbe iUtirtu perlydymo metodu gali buti efektyviai pritaikytas gamyboje, siekiant gauti homogeniUkos strukturos geru eksploataciniu savybiu kompozicines Ni-WC dangas.

Literatura

Cai, B., Tan, Y., He, L., Tan, H., & Gao, L. (2013). Tribological properties of TiC particles reinforced Ni-based alloy composite coatings. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 23, 1681-1688.

https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62648-5

Davis, J.R. (2000). Nickel, Cobalt, and their alloys. ASM International.

Erfanmanesh, M., Abdollah-Poura, H., Mohammadian-Semnani, H., & Shoja-Razavi, R. (2018). Kinetics and oxidation behavior of laser clad WC-Co and Ni/WC-Co coatings. Ceramics International, 44, 12805-12814.

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.04.087

Kim, H. J., Hwang, S. Y., Lee, C. H., & Juvanon, P. (2003). Assesment of wear performance of flame sprayed and fused Ni-based coatings. Surface and Coatings Technology, 172, 262-269. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00348-7

Li, Q., Songb, G. M., Zhang, Y Z., Lei, T C, & Chena, W. Z. (2003). Microstructure and dry sliding wear behavior of laser clad Ni-based alloy coating with the addition of SiC. Wear, 254, 222-229. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00007-3

Liang, G Y, & Wong, T T (1997). Investigation of microstructure of laser cladding Ni-WC layer on AI-Si Alloy. Journal of Matererials Engineering and Performance, 6, 41-45. https://doi.org/10.1007/s11665-997-0030-3

Ortiz, A., Garcia, A., Cadenas, M., Fernandez, M. R., & Cuetos, J. M. (2017). WC particles distribution model in the cross-section of laser cladded NiCrBSi+WC coatings, for different wt% WC. Surface and Coating Technology, 324, 298-306. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.05.086

Shu, D., Li, Z., Zhang, K., Yao, C, Li, D., & Dai, Z. (2018). In situ synthesized high volume fraction WC reinforced Ni-based coating by laser cladding. Materials Letters, 195, 178-181. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.02.076

Sidhu, T S., Prakash, S., & Agrawal, R. D. (2006). Hot corrosion and performance of nickel-based coatings. Current Science, 90(1), 41-47.

Weng, Z., Wang, A., Wu, X., Wang, Y, & Yang, Z. (2016). Wear resistance of diode laser-clad Ni/WC composite coatings at different temperatures. Surface and Coating Technology, 304, 283-292. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.06.081

Xu, J. S., Zhang, X. C, Xuan, F. Z., Wang, Z. D., & Tu, S. T (2012). Microstructure and sliding wear resistance of laser cladded WC/Ni composite coatings with different contents of WC particle. Journal of Matererials Engineering and Performance, 21, 1904-1911. https://doi.org/10.1007/s11665-011-0109-8

Zhou, S., Dai, X., & Zeng, X. (2009). Effects of processing parameters on structure of Ni-based WC composite coatings during laser induction hybrid rapid cladding. Applied Surface Science, 255, 8494-8500. https://doi.org/10.1016/j.ap-susc.2009.05.161

Zhou, S., Zeng, X, Hu, Q., & Huang, Y. (2008). Analysis of crack behavior for Ni-based WC composite coatings by laser cladding and crack-free realization. Applied Surface Science, 255, 1646-1653. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.04.003

INVESTIGATION OF PROTECTIVE COMPOSITE COATINGS ON THE BASIS OF NICKEL METAL MATRIX

A. Gendvilis, J. ekamat

Abstract

In the present study, the opportunity to improve the coatings properties using re-melting technique is studied. In the aim to determine the influence of the re-melting on the properties of coatings, the experimental study was performed. The surface of S235J0 steel was coated using three different re-melting methods with different heating duration. The mixture of NiCrFeCSiB alloy powders and carbides of WC type was used for spraying. The principal characteristics of the sprayed coatings were examined and compared with each other. The tests allowed concluding that the introduction of the re-melting process of different duration has tangible impact upon the structure, hardness and wearing resistance of the coatings.

Keywords: Ni-WC coatings, thermal spray, hardness, micros-tructure.

Ainis GENDVILIS, Jelena eKAMAT (*)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Vilnius, Lietuva Gauta 2018 m. lapkricio 27 d; priimta 2018 m. gruodPio 11 d.

(*) Autorius susiraUineti. El. paUtas jelena.skamat@vgtu.lt

https://doi.org/10.3846/mla.2019.7066
1 lentele. Ni pagrindo milteliu chemine sudetis, mases %
Table 1. Chemical composition of Ni powder, mass %

C    Cr    Fe   Co    B+Si  Ni

0,4  13,8  3,9  11,8  7,9   62,2

2 lentele. Bandiniu Pymejimas
Table 2. Marking of samples

Bandinys  PurkUtines dangos perlydymo budas

B0        UPpurkUta neperlydyta danga
Kr1       Krosnis, oras, 1300 [degrees]C, 1 min
Kr2       Krosnis, oras, 1300 [degrees]C, 2 min
Kr3       Krosnis, oras, 1300 [degrees]C, 3 min
Kr4       Krosnis, oras, 1300 [degrees]C, 4 min
In1       Indukciniu budu, 1 min
In2       Indukciniu budu, 2 min
Lp1       Liepsniniu budu, 1 min
Lp2       Liepsniniu budu, 2 min
COPYRIGHT 2019 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2019 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Mechanics, material science, industrial engineering and management/Mechanika, medziagu inzinerija, pramones inzinerija ir vadyba
Author:Gendvilis, Ainis; ekamat, Jelena
Publication:Science - Future of Lithuania
Date:Jan 1, 2019
Words:2191
Previous Article:TECHNOLOGINIU PARAMETRU ITAKOS VIRINTINES JUNGTIES SAVYBEMS TYRIMAI, SUVIRINANT AISI 304 PLIENA.
Next Article:RIEBALU ATSKYRIMO NUO POPIERIAUS EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI.

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2022 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters |