Обработка металлов

Структура и свойства покрытий WC-10Co4Cr, полученных высокоскоростным плазменным напылением

Том 25, № 2 Апрель - Июнь 2023

Авторы:

Корниенко Елена Евгеньевна,

Гуляев Игорь Павлович,

Кузьмин Виктор Иванович,

Тамбовцев Александр Сергеевич,

Тырышкин Павел Андреевич

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2023-25.2-81-92

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы
Благодарности. Финансирование

Аннотация

Введение. Углеродистая сталь часто используется для изготовления различных деталей машин, но эксплуатация в агрессивных условиях способствует быстрому снижению их свойств вплоть до выхода из строя. Решением данной проблемы является модификация рабочих поверхностей стальных деталей для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости, что будет способствовать увеличению срока их службы. Стальные детали с металлокерамическими покрытиями на основе карбида вольфрама WC часто применяются там, где требуются повышенная твердость, износостойкость и коррозионная стойкость. Цель работы. Исследовать влияние режимов высокоскоростного плазменного напыления (high velocity plasma spraying, HV-APS) с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа на структуру, фазовый состав и свойства покрытий WС-Co. Материалы и методики. В настоящей работе покрытия WC-10Co4Cr наносили на подложку из стали 20 методом HV-APS. Структуру и фазовый состав покрытий анализировали при помощи оптической и растровой электронной микроскопии (РЭМ), а также рентгенофазового анализа (РФА). Кроме того, в работе представлены результаты измерений пористости, микротвердости, износостойкости и качественная оценка адгезии полученных покрытий. Результаты и обсуждение. Показано, что все покрытия характеризуются высокой плотностью, отсутствием трещин и оксидных пленок. Установлено, что покрытия состоят из частиц WC и W₂C, равномерно распределенных в металлической матрице, которая представляет собой аморфный или нанокристаллический пересыщенный твердый раствор Co(W,C). Максимальное количество карбидов (49 %) наблюдается в покрытиях, полученных при дистанции напыления 170 мм, ток дуги – 140 А. Минимальное количество карбидов (25 %) наблюдается в покрытиях, полученных при дистанция напыления 250 мм, ток дуги – 200 А. Покрытия с максимальным количеством карбидов обладают максимальными значениями микротвердости (1284 HV_0,1) и износостойкости. Установлено, что все покрытия характеризуются высокой адгезией. При испытаниях на загиб 180° вокруг направляющего ролика они не отслаивались.

Ключевые слова: Плазменное напыление, высокоскоростное плазменное напыление, покрытие, WC-Co, HV-APS, Coating

Список литературы

1. Surface modification of air plasma spraying WC–12%Co cermet coating by laser melting technique / M. Afzal, M. Ajmal, A. Nusair Khan, A. Hussain, R. Akhter // Optics Laser. – 2014. – Vol. 56. – P. 202–206. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2013.08.017.

2. Microstructure and cavitation erosion behavior of WC-Co-Cr coating on 1Cr18Ni9Ti stainless steel by HVOF thermal spraying / Y. Wu, S. Hong, J. Zhang, Z. He, W. Guo, Q. Wang, G. Li // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2012. – Vol. 32. – P. 21–26. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2012.01.002.

3. Interdependence of slurry erosion wear performance and residual stress in WC-12wt%Co and WC-10wt%VC-12wt%Co HVOF coatings / A.M. Venter, V. Luzin, D. Maraisa, N. Sacks, E.N. Ogunmuyiwa, P.H. Shipway // International Journal Refractory Metals and Hard Materials. – 2020. – Vol. 87. – P. 105101. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105101.

4. Mechanical properties of WC-Co coatings with different decarburization levels / X. Wu, Z.M. Guo, H.B. Wang, X.Y. Song // Rare Metals. – 2014. – Vol. 33, iss. 3. – P. 313–317. – DOI: 10.1007/s12598-014-0257-8.

5. Microstructure and wear behavior of conventional and nanostructured plasma-sprayed WC-Co coatings / E. Sanchez, E. Bannier, M.D. Salvador, V. Bonache, J.C. Garc?a, J. Morgiel, J. Grzonka // Journal of Thermal Spray Technology. – 2010. – Vol. 19, iss. 5. – P. 964–974. – DOI: 10.1007/s11666-010-9480-5.

6. Liu S.L., Zheng X.P., Geng G.Q. Influence of nano-WC-12Co powder addition in WC–10Co–4Cr AC-HVAF sprayed coatings on wear and erosion behavior // Wear. – 2010. – Vol. 269, iss. 5–6. – P. 362–367. – DOI: 10.1016/j.wear.2010.04.019.

7. Wear resistance enhancement of HVOF-sprayed WC-Co coating by complete densification of starting powder / H. Wang, Q. Qiu, M. Gee, C. Hou, X. Liu, X. Song // Materials and Design. – 2020. – Vol. 191. – P. 108586. – DOI: 10.1016/j.matdes.2020.108586.

8. Influence of the handling parameters on residual stresses of HVOF-sprayed WC-12Co coatings / U. Selvadurai, P. Hollingsworth, I. Baumann, B. Hussong, W. Tillmann, S. Rausch, D. Biermann // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 268. – P. 30–35. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.11.055.

9. Ghadami F., Sohi M.H., Ghadami S. Effect of bond coat and post-heat treatment on the adhesion of air plasma sprayed WC-Co coatings // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 261. – P. 289–294. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.11.016.

10. Yin B., Zhou H.D., Yi D.L. Microsliding wear behavior of HVOF sprayed conventional and nanostructured WC-12Co coatings at elevated temperatures // Surface Engineering. – 2010. – Vol. 26, iss. 6. – P. 469–477. – DOI: 10.1179/026708410X12506870724352.

11. Effects of the dispersion time on the microstructure and wear resistance of WC/Co-CNTs HVOF sprayed coatings / M.A. Rodriguez, L. Gil, S. Camero, N. Freґty, Y. Santana, J. Caro // Surface and Coatings Technology. – 2014. – Vol. 258. – P. 38–48. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.10.014.

12. Effects of WC-Ni content on microstructure and wear resistance of laser cladding Ni-based alloys coating / C. Guo, J. Chen, J. Zhou, J. Zhao, L. Wang, Y. Yu, H. Zhou // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206. – P. 2064–2071. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2011.06.005.

13. Effect of WC-12Co content on wear and electrochemical corrosion properties of Ni-Cu/WC-12Co composite coatings deposited by laser cladding / J. Zhang, J. Lei, Z. Gu, F. Tantai, H. Tian, J. Han, Y. Fang // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 393. – P. 125807. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125807.

14. Jalali Azizpour M., Tolouei-Rad M. The effect of spraying temperature on the corrosion and wear behavior of HVOF thermal sprayed WC-Co coatings // Ceramics International. – 2019. – Vol. 45, iss. 11. – P. 13934–13941. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.04.091.

15. HVOF sprayed WC-Co coatings: microstructure, mechanical properties and friction moment prediction / T. Sahraoui, S. Guessasma, M. Ali Jeridane, M. Hadji // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31, iss. 3. – P. 1431–1437. – DOI: 10.1016/j.matdes.2009.08.037.

16. He J., Schoenung J.M. A review on nanostructured WC-Co coatings // Surface and Coatings Technology. – 2002. – Vol. 157, iss. 1. – P. 72–79. – DOI: 10.1016/S0257-8972(02)00141-X.

17. Simultaneous increase of friction coefficient and wear resistance through hvof sprayed WC-(nano WC-Co) / P.H. Gao, B.Y. Chen, W. Wang, H. Jia, J.P. Li, Z. Yang, Y.C. Guo // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 363. – P. 379–389. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.02.042.

18. Ghosh G., Sidpara A., Bandyopadhyay P.P. Understanding the role of surface roughness on the tribological performance and corrosion resistance of WC-Co coating // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 378. – P. 125080. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.125080.

19. Dent A.H., Palo S., Sampath S. Examination of the wear properties of HVOF sprayed nanostructured and conventional WC-Co cermets with different binder phase contents // Journal of Thermal Spray Technology. – 2002. – Vol. 11 (4). – P. 551–558. – DOI: 10.1361/105996302770348691.

20. Baik K.H., Kim J.H., Seong B.G. Improvements in hardness and wear resistance of thermally sprayed WC-Co nanocomposite coatings // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 449–451. – P. 846–849. – DOI: 10.1016/j.msea.2006.02.295.

21. Интерметаллидные покрытия Al₃Ti, сформированные при помощи холодного газодинамического напыления и термической обработки / Е.Е. Корниенко, А.Д. Вялова, В.С. Шикалов, В.Ф. Косарев, Т.М. Видюк // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 80–89. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-80-89.

22. Quantitative evaluation of the decarburization and microstructure evolution of WC-Co during plasma spraying / Q. Zhan, L. Yu, F. Ye, Q. Xue, H. Li // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206. – P. 4068–4074. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.03.091.

23. Decarburization mechanisms of WCeCo during thermal spraying: insights from controlled carbon loss and microstructure characterization / J. Yuan, Q. Zhan, J. Huang, S. Ding, H. Li // Materials Chemistry and Physics. – 2013. – Vol. 142. – P. 165–171. – DOI: 10.1016/j.matchemphys.2013.06.052.

24. FIB-SEM sectioning study of decarburization products in the microstructure of HVOF-sprayed WC-Co coatings / V. Katranidis, S. Gu, D.C. Cox, M.J. Whiting, S. Kamnis // Journal of Thermal Spray Technology. – 2018. – Vol. 27. – P. 898–908. – DOI: 10.1007/s11666-018-0721-3.

25. Fu D., Xiong H., Wang Q. Microstructure evolution and its effect on the wear performance of HVOF-sprayed conventional WC-Co coating // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2016. – Vol. 25. – P. 4352–4358. – DOI: 10.1007/s11665-016-2278-y.

Для цитирования:

Структура и свойства покрытий WC-10Co4Cr, полученных высокоскоростным плазменным напылением / Е.Е. Корниенко, И.П. Гуляев, В.И. Кузьмин, А.С. Тамбовцев, П.А. Тырышкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 2. – С. 81–92. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.2-81-92.

For citation:

Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Kuzmin V.I., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A. Structure and properties of WC-10Co4Cr coatings obtained with high velocity atmospheric plasma spraying. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 2, pp. 81–92. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.2-81-92. (In Russian).

Просмотров: 1512

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Структура и свойства покрытий WC-10Co4Cr, полученных высокоскоростным плазменным напылением