The Influence of Salt fog Exposure on Corrosion Resistance of Detonation Coatings Fe66Cr10Nb5B19

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Nowadays, the development of alloys with a high glass-forming ability and the study of its physical and mechanical properties are among the most important directions in materials science. Iron-based multi-component alloys with high glass-forming ability have high corrosion resistance, wear resistance and relatively low cost, which makes it promising for application on the working surfaces of parts that work under conditions of abrasive wear and aggressive environment. Methods of thermal spraying (plasma spraying, detonation spraying, high-velocity oxy-fuel spraying, etc.) allow producing coatings with amorphous structure from iron-based alloys. Due to the process features, detonation spraying allows to obtain high quality coatings with the structure of metal glass in comparison with other methods of thermal spraying. The purpose of the work is to study the influence of phase composition of detonation coatings from a multi-component iron-based alloy on the resistance to atmospheric corrosion in conditions of neutral salt spray. Detonation coatings from amorphous alloy Fe66Cr10Nb5B19 obtained at different charges of explosive mixture are investigated. The methods of investigation: testing of detonation coatings under simulated conditions of atmospheric corrosion in salt spray chamber according to ASTM B117 in an atmosphere of a spray 5% sodium chloride solution in water for 600 hours at room temperature, as well as conducting X-ray phase and metallographic studies of coatings before and after tests. Results and Discussion. The results of investigation the phase composition and morphology of the coatings after the tests showed its high corrosion resistance in a neutral salt fog containing a large amount of chlorine anions. On the cross sections of those coatings no traces of corrosion penetration were found, which confirms the effectiveness of detonation coatings with the structure of metal glass from the alloy Fe66Cr10Nb5B19 for protection of parts that work under conditions of high atmospheric humidity, without sealing the surface.

About the authors

I. D. Kuchumova

Email: ivannakz@mail.ru
1. Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 15 Akademika Lavrenteva Prospekt, Novosibirsk, 630090, Russian Federation; 2. Novosibirsk State Technical University, 20 K. Marksa Prospekt, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, ivannakz@mail.ru

I. S. Batraev

Email: ibatraev@gmail.com
Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 15 Akademika Lavrenteva Prospekt, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, ibatraev@gmail.com

N. Yu. Cherkasova

Email: cherkasova.2013@corp.nstu.ru
Novosibirsk State Technical University, 20 K. Marksa Prospekt, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, cherkasova.2013@corp.nstu.ru

A. V. Ukhina

Email: auhina181@gmail.com
Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS, 18 Kutateladze Street, Novosibirsk, 630128, Russian Federation, auhina181@gmail.com

A. A. Shtertser

Email: asterzer@mail.ru
D.Sc. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 15 Akademika Lavrenteva Prospekt, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, asterzer@mail.ru

A. M. Jorge

Email: moreira@ufscar.br
D.Sc. (Engineering), Professor, 1. Department of Materials Science and Engineering, Federal University of Sao Carlos, Via Washington Luiz, km 235, Sao Carlos, SP 13565-905, Brazil; 2. Grenoble Alpes University, CNRS, LEPMI and SIMAP, F-38000 Grenoble, France, moreira@ufscar.br

References

  1. Inoue A., Takeuchi A. Recent development and application products of bulk glassy alloys // Acta Materialia. – 2011. – Vol. 59, iss. 6. – P. 2243–2267. – doi: 10.1016/j.actamat.2010.11.027.
  2. Structural amorphous steels / Z.P. Lu, C.T. Liu, J.R. Thompson, W.D. Porter // Physical Review Letters. – 2004. – Vol. 92, iss. 24. – P. 501–504. – doi: 10.1103/physrevlett.92.245503.
  3. Synthesis of Fe–Cr–Mo–C–B–P bulk metallic glasses with high corrosion resistance / S. Pang, T. Zhang, K. Asami, A. Inoue // Acta Materialia. – 2002. – Vol. 50, iss. 3. – P. 489–497. – doi: 10.1016/s1359-6454(01)00366-4.
  4. Improvement of corrosion resistance of high-velocity oxyfuel-sprayed stainless steel coatings by addition of molybdenum / J. Kawakita, S. Kuroda, T. Fukushima, T. Kodama // Journal of Thermal Spray Technology. – 2005. – Vol. 14. – P. 224–230. – doi: 10.1361/10599630523782.
  5. Masumoto T., Hashimoto K. Chemical properties of amorphous metals // Annual Review of Material Science. – 1978. – Vol. 8. – P. 215–233.
  6. Naka M., Hashimoto K., Masumoto T. Effects of annealing on the corrosion of glassy chromium-containing alloys // Science Reports of the Research Institutes. – 1977. – Vol. 26. – P. 283–289.
  7. Keryvin V., Hoang V.H., Shen J. Hardness, toughness, brittleness and cracking systems of an iron-based bulk metallic glass by indentation // Intermetallics. – 2009. – Vol. 17. – P. 211–217. – doi: 10.1016/j.intermet.2008.08.017.
  8. Ductility improvement of amorphous steels: roles of shear modulus and electronic structure / X.J. Gu, S.J. Poon, G.J. Shiflet, M. Widom // Acta Materialia. – 2008. – Vol. 56. – P. 88–94. – doi: 10.1016/j.actamat.2007.09.011.
  9. Qiao J., Jia H., Liaw P.K. Metallic glass matrix composites // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2016. – Vol. 100. – P. 1–69. – doi: 10.1016/j.mser.2015.12.001.
  10. Mechanical behavior of Fe65.5Cr4Mo4Ga4P12C5B5.5 bulk metallic glass / M. Stoica, J. Eckert, S. Roth, H.F. Zhang, J. Schultz, W.H. Wang // Intermetallics. – 2005. – Vol. 13. – P. 764–769. – doi: 10.1016/j.intermet.2004.12.016.
  11. Wear and corrosion properties of HVOF coatings from Superduplex alloy modified with addition of boron / J.E. Berger, R. Schulz, S. Savoie, J. Gallego, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 309. – P. 911–919. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.10.062.
  12. Microstructural investigation of Fe-Cr-Nb-B amorphous/nanocrystalline coating produced by HVOF / G.Y. Koga, A.M. Jorge, S. Savoie, R. Schulz, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Materials & Design. – 2016. – Vol. 111. – P. 608–615. – doi: 10.1016/j.matdes.2016.09.027.
  13. Corrosion and erosion–corrosion behaviour of activated combustion high-velocity air fuel sprayed Fe-based amorphous coatings inchloride-containing solutions / Y. Wang, Z.Z. Xing, Q. Luo, A. Rahman, J. Jiao, S.J. Qu, Y.G. Zheng, J. Shena // Corrosion Science. – 2015. – Vol. 98. – P. 339–353. – doi: 10.1016/j.corsci.2015.05.044.
  14. Pitting initiation in Fe-based amorphous coatings / C. Zhang, K.C. Chan, Y. Wu, L. Liu // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60. – P. 4152–4159. – doi: 10.1016/j.actamat.2012.04.005.
  15. Corrosion mechanism of N-containing Fe–Cr–Mo–Y–C–B bulk amorphous alloys in highly concentrated HCl solution / J. Jayaraj, K.B. Kim, H.S. Ahn, E. Fleury // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 449–451. – P. 517–520. – doi: 10.1016/j.msea.2006.02.418.
  16. Effects of crystallization on the corrosion resistance of Fe-based amorphous coatings / Y. Yang, C. Zhang, Y. Peng, Y. Yu, L. Liu // Corrosion Science. – 2012. – Vol. 59. – P. 10–19. – doi: 10.1016/j.corsci.2012.02.003.
  17. Production and corrosion resistance of thermally sprayed fe-based amorphous coatings from mechanically milled feedstock powders / G.Y. Koga, A.M. Jorge Junior, V. Roche, R.P. Nogueira, R. Schulz, S. Savoie, A.K. Melle, C. Loable, C. Bolfarini, C. Kiminami, W. Botta // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2018. – Vol. 49. – P. 4860–4870. – doi: 10.1007/s11661-018-4785-y.
  18. E?ects of oxygen fuel rate on microstructure and wear properties of detonation sprayed iron-based amorphous coatings / L. Xie, Y.-M. Wang, X. Xiong, Z.-K. Chen, Y.-L. Wang // Materials Transactions Received. – 2018. – Vol. 3. – P. 1867–1871. – doi: 10.2320/matertrans.M2018273.
  19. The influence of the O2/C2H2 ratio on the structure and properties of Fe66Cr10Nb5B19 detonation coatings / I.D. Kuchumova, I.S. Batraev, N.Y. Cherkasova, D.K. Rybin, A.V. Ukhina, W.J. Botta, G.Y. Koga, A.M. Jorge // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 25. – P. 384–386. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.12.098.
  20. Formation and corrosion behavior of Fe-based amorphous metallic coatings prepared by detonation gun spraying / Z. Zhou, L. Wang, F. Wang, Y. Liu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2009. – Vol. 19. – P. 634–638. – doi: 10.1016/S1003-6326(10)60123-9.
  21. Fabrication, tribological and corrosion behaviors of detonation gun sprayed Fe-based metallic glass coating / H. Wu, X. Lan, Y. Liu, F. Li, W. Zhang, Z. Chen, X. Zai, H. Zeng // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2016. – Vol. 26. – P. 1629–1637. – doi: 10.1016/S1003-6326(16)64271-1.
  22. ASTM B117–19. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 2019. – doi: 10.1520/B0117-19.
  23. Лабораторные испытания коррозионной стойкости легких сплавов методом соленого тумана путем моделирования субтропического климата / В.И. Сергиенко, Ю.П. Денисенко, В.Г. Добржанский, Ю.Ф. Огнев, О.Ш. Бердиев, Н.Е. Душина // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. – 2015. – № 3. – С. 85–91.
  24. Метод оценки коррозионной стойкости алюминиевых профилей для светопрозрачных ограждающих конструкций под действием соляного тумана / В.И. Третьяков, Л.К. Богомолова, Э.С. Гузова, О.А. Крупинина // Вестник МГСУ. – 2011. – № 3, ч. 2. – С. 116–122.
  25. Formation of metallic glass coatings by detonation spraying of a Fe66Cr10Nb5B19 powder / I.D. Kuchumova, I.S. Batraev, V.Yu. Ulianitsky, A.A. Shtertser, K.B. Gerasimov, A.V. Ukhina, N.V. Bulina, I.A. Bataev, G.Y. Koga, Y. Guo, W.J. Botta, H. Kato, T. Wada, B.B. Bokhonov, D.V. Dudina, A.M. Jorge // Metals. – 2019. – Vol. 9. – doi: 10.3390/met9080846. – URL: https://www.mdpi.com/2075-4701/9/8/846.
  26. Computer-controlled detonation spray ing: from process fundamentals toward advanced applications / V.Yu. Ulianitsky, A.A. Shtertser, S.V. Zlobin, I.Yu. Smurov // Journal of Thermal Spray Technology. – 2011. – Vol. 20. – P. 791–801. – doi: 10.3390/met9121244.
  27. Detonation spraying behaviour of refractory metals: case studies for Mo and Ta-based powders / V.Yu. Ulianitsky, I.S. Batraev, A.A. Shtertser, D.V. Dudina, N.V. Bulina, I.Yu. Smurov // Advanced Powder Technology. – 2018. – Vol. 29. – P. 1859–1864. – doi: 10.1016/j.apt.2018.04.023.
  28. Inoue A. Bulk Amorphous alloys: preparation and fundamental characteristics. – Uetikon-Zurich: Trans Tech Publications, 1998. – (Materials science foundations; vol. 4).
  29. Inoue A. Stabilization of supercooled liquid and opening-up of bulk glassy alloys // Proceedings of the Japan Academy. Series B. – 1997. – Vol. 73. – P. 19–24. – doi: 10.2183/pjab.73.19.
  30. Inoue A. Recent progress of Zr-based bulk amorphous alloys // Science Reports of the Research Institutes. Tohoku Daigaku Kenkyujo hokoku, Series A. – 1996. – Vol. 42. – P. 1–12.
  31. Heller D.K., Fahrenholtz W.G., O'Keefe M.J. The effect of post-treatment time and temperature on cerium-based conversion coatings on Al 2024-T3 // Corrosion Science. – 2010. – Vol. 52, iss. 2. – P. 360–368. – doi: 10.1016/j.corsci.2009.09.023.
  32. Structure and corrosion behavior of 316L stainless steel coatings formed by HVAF spraying with and without sealing / Z. Zeng, N. Sakoda, T. Tajiri, S. Kuroda // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 203, iss. 3–4. – P. 284–290. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2008.09.011.
  33. Effect of sealing treatment on corrosion resistance of plasma-sprayed NiCrAl/Cr2O3-8 wt.%TiO2 coating / J. Zhang, Z. Wang, P. Lin, W. Lu, Z. Zhou, S. Jiang // Journal of Thermal Spray Technology. – 2010. – Vol. 20, iss. 3. – P. 508–513. – doi: 10.1007/s11666-010-9528-6.

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».