Structure features of B4C-Ni-Р plasma coatings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: This paper considers the structural features of B4C-Ni-P coatings obtained by air-plasma spraying with the unit for annular injection of powder. Materials and methods: (B4C) boron carbide powder clad with 30 wt. % Ni-P is used. The powder is deposited on pipes of low-carbon steel (0.2 % C) by air-plasma spraying with the unit for annular injection of powder. The structure and phase composition of coatings are studied by optical microscopy, scanning electron microscopy with the microanalyser EDS, transmission electron microscopy and X-ray diffractometry. The microhardness measurements results are also presented. Results and discussion: The high-quality composite coatings with low porosity can be formed using plasma spraying. The combination of the optical and scanning electron microscopy as well as X-ray diffractometry revealed the composition of the plasma coatings. It consists of B4C particles up to 30 μm sizes that are equally spaced in a metal matrix. The metal matrix consists of nickel borides (Ni3B, NiB and Ni3B4). Areas with roundish inclusions about 500 nm diameter are surrounded by boron carbide particles. These areas are characterized by a higher content of nickel, phosphorus and boron. B2O3 boron oxide and NiO nickel oxide are also presented in the coating. The microhardness local measurements demonstrated that the microhardness of boron carbide particles is 3000…4000 HV, the metal matrix is 400 ... 550 HV and the areas with roundish inclusions is 200 HV. According to the transmission electron microscopy data thin interlayers with an amorphous-crystalline structure up to 1 μm width are formed between the boron carbide particles and the metal matrix. The metal matrix constitutes areas with a nanocrystalline structure and columnar crystals that located in the coatings volume at random.

About the authors

E. E Kornienko

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS

Email: kornienko_ee@mail.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

V. I Kuz’min

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS

Email: vikuzmin57@mail.ru
4/1, Institutskaya str., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

V. S Lozhkin

Novosibirsk State Technical University

Email: lozhkin@corp.nstu.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

I. P Gulyaev

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS

Email: gulyaev@itam.nsc.ru
4/1, Institutskaya str., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

A. A Sivkov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: SivkovAA@mail.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

A. S Ivashutenko

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: ivaschutenko@mail.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

I. A Rahmatullin

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: riam@tpu.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

D. V Sergachev

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS

Email: yosergach@gmail.com
4/1, Institutskaya str., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

V. A Bezrukova

Novosibirsk State Technical University

Email: vikabezrukova1995@mail.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Бор в ядерной технике / В.Д. Рисованный, А.В. Захаров, Е.П. Клочков, Т.М. Гусева. - Димитровград: ГНЦ НИИАР, 2011. - 668 с. - ISBN 5-9483-016-7.
  2. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений / под ред. Т.Я. Косолаповой. - М.: Металлургия, 1986. - 928 с.
  3. Fabrication and tribological evaluation of vacuum plasma-sprayed BC / H. Zhu, Y. Niu, C. Lin, L. Huang, H. Ji, X. Zheng // Coating Journal of Thermal Spray Technology. - 2012. - Vol. 21, iss. 6. - P. 1216-1223. - doi: 10.1007/s11666-012-9815-5.
  4. Wear of boron carbide ceramics by abrasive waterjets / K.A. Schwetz, L.S. Sigl, J. Greim, H. Knoch // Wear. - 1995. - Vol. 181-183. - P. 148-155. - doi: 10.1016/j.wear.2005.01.020.
  5. Al-Si/B4C composite coatings on Al-Si substrate by plasma spray technique / O. Sarikaya, S. Anik, S. Aslanlar, S.C. Okumus, E. Celik // Materials and Design. - 2007. - Vol. 28, iss. 9. - P. 2443-2449. - doi: 10.1016/j.matdes.2006.09.007.
  6. B4C/Ni Composite coatings prepared by cold spray of blended or CVD-coated powders / C. Feng, V. Guipont, M. Jeandin, O. Amsellem, F. Pauchet, R. Saenger, S. Bucher, C. Iacob // Journal of Thermal Spray Technology. - 2012. - Vol. 21, iss. 3-4. - P. 561-570. - doi: 10.1007/s11666-012-9774-x.
  7. Effects of boron carbide content on the microstructure and properties of atmospheric plasma-sprayed NiCoCrAlY/Al2O3-B4C composite coatings / Y. Cao, C. Huang, W. Liu, W. Zhang, L. Du // Journal of Thermal Spray Technology. - 2014. - Vol. 23, iss. 4. - P. 716-724. - doi: 10.1007/s11666-014-0061-x.
  8. Zeng Y., Lee S.W., Ding C. Study on plasma sprayed boron carbide coating // Journal of Thermal Spray Technology. - 2002. - Vol. 11, iss. 1. - P. 129-133. - doi: 10.1361/105996302770349069.
  9. Zeng Y., Feng J., Ding C. Microstructure and properties of plasma spraing boron carbide coating // Journal of Materials Science and Technology. - 2000. - Vol. 16, iss. 1. - P. 63-66.
  10. Moradi M., Moazeni M., Salimijazi H.R. Microstructural characterization and failure mechanism of vacuum plasma sprayed Ti-6Al-4V/B4C composite // Vacuum. - 2014. - Vol. 107. - P. 34-40. - doi: 10.1016/j.vacuum.2014.03.028.
  11. Microstructure of vacuum plasma-sprayed boron carbide / H.R. Salimijazi, T.W. Coyle, J. Mostaghimi, L. Leblanc // Journal of Thermal Spray Technology. - 2005. - Vol. 14, iss. 3. - P. 362-368. - doi: 10.1361/105996305X59431.
  12. Microstructures and tribological properties of vacuum plasma sprayed B4C-Ni composite coatings / H. Zhu, Y. Niu, C. Lin, L. Huang, H. Ji, X. Zheng // Ceramics International. - 2013. - Vol. 39, iss. 1. - P. 101-110. - doi: 10.1016/j.ceramint.2012.05.101.
  13. Preparation and oxidation behavior of B4C-Ni and B4C-TiB2-TiC-Ni composite coatings produced by an HVOF process / M. Rafiei, M. Salehi, M. Shamanian, A. Motallebzadeh // Ceramics International. - 2014. - Vol. 40, iss. 8, pt. B. - P. 13599-13609. - doi: 10.1016/j.ceramint.2014.05.081.
  14. Comparison of the coatings deposited using Ti and B4C powder by reactive plasma spraying in air and low pressure / Z. Mao, J. Ma, J. Wang, B. Sun // Journal of Materials Science. - 2009. - Vol. 44, iss. 12. - P. 3265-3272. - doi: 10.1007/s10853-009-3438-3.
  15. Lin C., Kong M., Zhu H. Tribological behavior of vacuum plasma sprayed B4C-Mo composite coating // Journal of Inorganic Materials. - 2016. - Vol. 31, iss. 1. - P. 100-106. - doi: 10.15541/jim20150384.
  16. Rafiei M., Salehi M., Shamanian M. Formation mechanism of B4C-TiB2-TiC ceramic composite produced by mechanical alloying of Ti-B4C powders // Advanced Powder Technology. - 2014. - Vol. 25, iss. 6. - P. 1754-1760. - doi: 10.1016/j.apt.2014.07.003.
  17. Ebrahimian-Hoaaeinabadi M., Azari-Dorcheh K., Moomir-Vaghefi S.M. Wear behavior of electroless Ni-P-B4C composite coatings // Wear. - 2006. - Vol. 260, iss. 1-2. - P. 123-127. - doi: 10.1016/j.wear.2005.01.020.
  18. Влияние температуры оплавления на структуру и свойства самофлюсующихся покрытий на основе никеля / Е.Е. Корниенко, А.А. Никулина, А.Г. Баннов, В.И. Кузьмин, М. Мильдебрах, В.А. Безрукова, А.А. Жойдик // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2016. - № 4 (73). - С. 52-62. - doi: 10.17212/1994-6309-2016-4-52-62.
  19. Структура и свойства материалов из алюминидов никеля, полученных с использованием различных технологий / Е.Е. Корниенко, Л.И. Шевцова, Н.С. Белоусова, А.А. Никулина, А.И. Смирнов, В.И. Кузьмин, О.А. Рубцова // Перспективные материалы. - 2017. - № 3. - С. 49-58.
  20. Effect of plasma spraying regimes on structure and properties of Ni3Al coatings / Е.E. Kornienko, D.O. Mul’, О.A. Rubtsova, S.P. Vaschenko, V.I. Kuzmin, I.P. Gulyaev, D.V. Sergachev // Thermophysics and Aeromechanics. - 2016. - Vol. 23, iss. 6. - P. 919-927. - doi: 10.1134/S0869864316060147.

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».