Features of the formation of Ni-Cr coatings obtained by diffusion alloying from low-melting liquid metal solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The main ways to increase steel parts properties are considered. The rationale for choosing Ni and Cr as the main components of the coating is given. The technology of diffusion alloying from low-melting liquid metal solutions (DALMMS) is given. The purpose of this work is to identify the features of the coatings formation with simultaneous diffusion saturation of nickel and chromium structural steels using the DALMMS technology. Methodology. Cylindrical specimens with a diameter of 20 mm and a length of 30 mm were subjected to DALMMS. The specimens were manufactured of the following structural steels: carbon steel St3, alloyed carbon steels 40Cr, 40Cr13, and extrafine steel 30CrMnSiNi2. As a technological medium with DALLMS (transport melt), a Pb-Li eutectic melt with the specified content of Ni and Cr was used. Metallographic studies were carried out on microsections prepared according to the standard methodology. Studies to determine the thickness of coatings and its structure were carried out on the Dura Scan Falcon 500 microhardness tester. The elemental composition of the coatings was determined by the method of X-ray microanalysis on a Tescan Lyra 3 scanning electron microscope with the Oxford Ultim MAX PCMA system. Results and discuss. It is revealed that the formation of diffusive Ni-Cr coatings occurs with DALMMS. With DALMMS of structural steels contained carbon in cementite form two-layers coatings are formed: surface carbide layer and transition solid-soluble one. At the same time, the chromium content in the surface layers reaches 80 % with a nickel content of 1.5 %. The maximum Ni concentration is observed in the transition layer and amounts to 21 % at a depth of 5 µm on steel 30CrMnSiNi2 and 13 % at a depth of 4.5 µm for steel 40Cr. Carrying out the DALMMS on steels containing carbon in the form of chromium carbides, or containing carbon in small amounts, leads to the formation of single-layer coatings based on solid solutions. The Ni content in the coating reaches 40 %, the chromium content for steel St3 is 14.5 %; for steel 40Cr13 it was 9 %.

About the authors

E. E. Bobylyov

Email: ebobylev@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, ebobylev@mail.ru

I. D. Storozhenko

Email: storojenko_armv@mail.ru
Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, storojenko_armv@mail.ru

A. A. Matorin

Email: anastas_brsoyan@mail.ru
Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, anastas_brsoyan@mail.ru

V. D. Marchenko

Email: mwsat79@gmail.com
Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, mwsat79@gmail.com

References

  1. Corrosion resistance of laser melting deposited Cu-bearing 316L stainless steel coating in 0.5?M?H2SO4 solution / H. Zhao, Y. Ding, J. Li, G. Wei, M. Zhang // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 291. – P. 126572. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126572.
  2. Development of superhydrophobic and corrosion resistant coatings on carbon steel by hydrothermal treatment and fluoroalkyl silane self-assembly / H.-Q. Fan, P. Lu, X. Zhu, Y. Behnamian, Q. Li // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 290. – P. 126569. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126569.
  3. Microstructure and properties of Cr-AlN composite coating prepared by pack-cementation on the surface of Al-containing ODS steel / X. Hou, H. Wang, Q. Yang, Y. Chen, L. Chai, B. Song, N. Guo, S. Guo, Z. Yao // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 447. – P. 128842. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128842.
  4. Singh V., Singla A.K., Bansal A. Impact of HVOF sprayed Vanadium Carbide (VC) based novel coatings on slurry erosion behaviour of hydro-machinery SS316 steel // Tribology International. – 2022. – Vol. 176. – P. 107874. – doi: 10.1016/j.triboint.2022.107874.
  5. HVOF sprayed Ni–Mo coatings improved by annealing treatment: microstructure characterization, corrosion resistance to HCl and corrosion mechanisms / K. Yang, C. Chen, G. Xu, Z. Jiang, S. Zhang, X. Liu // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 1906–1921. – doi: 10.1016/j.jmrt.2022.05.181.
  6. Effect of surface conditions on the localized corrosion of copper tubes / S.-J. Ko, Y.-H. Lee, K.-S. Nam, E.-H. Park, J.-G. Kim // Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 302. – P. 127747. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2023.127747.
  7. Enhanced corrosion and wear resistance of gradient graphene-CrC nanocomposite coating on stainless steel / M. Zhang, X. Shi, Z. Li, H. Xu // Carbon. – 2021. – Vol. 174. – P. 693–709. – doi: 10.1016/j.carbon.2020.12.007.
  8. A comparative study of the microstructure and corrosion resistance of Fe-based/B4C composite coatings with Ni-added or Cu-added by vacuum cladding / H. Yu, Z. Luo, X. Zhang, Y. Feng, G. Xie // Materials Letters. – 2023. – Vol. 335. – P. 133730. – doi: 10.1016/j.matlet.2022.133730.
  9. Li R., Cheng C., Pu J. NaCl-induced hot-corrosion behavior of TiAlN single-layer and TiAlN/Ti multilayer coatings at 500°C // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 33. – P. 104421. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.104421.
  10. Nóvoa X.R., Pérez C. The use of smart coatings for metal corrosion control // Current Opinion in Electrochemistry. – 2023. – Vol. 40. – P. 101324. – doi: 10.1016/j.coelec.2023.101324.
  11. Oxidation behavior and Cr-Zr diffusion of Cr coatings prepared by atmospheric plasma spraying on zircaloy-4 cladding in steam at 1300 °C / Q. Li, P. Song, R. Zhang, Zh. Li, Y. Wang, P. Du, J. Lu // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 203. – P. 110378. – doi: 10.1016/j.corsci.2022.110378.
  12. Sahu J.N., Sasikumar C. Development of hard and wear resistant surface coating on Ni-Cr-Mo steel by surface mechano-chemical carburization treatment (SMCT) // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 263. – P. 285–295. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.08.027.
  13. Mechanical and tribological properties of anodic Al coatings as a function of anodizing conditions / E. Dervishi, M. McBride, R. Edwards, M. Gutierrez, N. Li, R. Buntyn, D.E. Hooks // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 444. – P. 128652. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128652.
  14. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
  15. Improving the corrosion resistance of ferritic-martensitic steels at 600 °C in molten solar salt via diffusion coatings / T.M. Meißner, C. Oskay, A. Bonk, B. Grégoire, A. Donchev, A. Solimani, M.C. Galetz // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2021. – Vol. 227. – P. 111105. – doi: 10.1016/j.solmat.2021.111105.
  16. Application of chemical-thermal treatment for hardening of sprayed with supersonic coatings / S. Nurakov, M. Belotserkovsky, T. Suleimenov, K. Aitlessov // Procedia Computer Science. – 2019. – Vol. 149. – P. 360–364. – doi: 10.1016/j.procs.2019.01.149.
  17. Liu Y.D., Li W. Inhibiting effect of Ni/Re diffusion barrier on the interdiffusion between Ni-based coating and titanium alloys // Materials Today Communications. – 2023. – Vol. 35. – P. 106192. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.106192.
  18. Соколов А.Г., Бобылев Э.Э. Кинетика формирования покрытий на базе карбида титана, нанесенных по технологии диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, на сплавах типа ТК и ВК // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 2 (71). – С. 59–69. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-2-59-69.
  19. Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Повышение износостойкости изделий из аустенитных сталей путем совмещения технологий цементации и диффузионного легирования в среде легкоплавких жидкометаллических расплавов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2020. – Т. 13 (4). – С. 502–511. – doi: 10.17516/1999-494X-0241.
  20. Sokolov A.G., Bobylev E.E., Storozhenko I.D. Formation of diffusion coatings based on nickel and chromium in the medium of fusible liquid metal solutions on austenitic steels // Solid State Phenomena. – 2021. – Vol. 316. – P. 851–856.
  21. Соколов А.Г. Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов: дис. … д-ра техн. наук: 05.16.09. – Краснодар, 2008. – 384 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».