The influence of flowing temperature on the structure and properties of the self-fluxing coatings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The coatings made of self-fluxing powder of the Ni-Cr-Si-B system (Ni - base; 15.1 wt. % Сr; 2.0 wt. % Si; 2.0 wt. % В; 0.4 wt. % С) are deposited on low carbon steel substrate (0.2 wt. % C) by plasma spraying. The study considers the influence of flowing temperature on structure and properties of the specified materials. The samples with coatings are heated in furnace up to 1030, 1050, 1070 and 1100 ºС for 1 hour with the following air cooling. The structure and phase composition of the coatings is investigated using optical and scanning electron microscopy, and X-ray diffractometry. Moreover, the results of microhardness measuring and wear-resistance testing in conditions of sliding friction are demonstrated. X-ray diffractometry showed that the major phases of the coatings before fluxing and after one are the following: γ-Ni, Ni3B, CrB и Сr7С3. The results obtained using optical and scanning electron microscopy brought out that the coatings fluxed at 1030, 1050 and 1070 ºС consist of dendrites of solid solution of Cr, Si and Fe in γ-Ni, Cr7C3, CrB inclusions and Ni-Ni3B, Ni3B-Ni6Si2B eutectics. The coatings fluxed at 1100 ºС consist of dendrites of solid solution of Cr, Si and Fe in γ-Ni, Cr7C3, CrB2 inclusions and (γ-Ni)-CrB, Ni-Ni3B eutectics. A quantity of hard phases (eutectic, chromium carbides and chromium borides) increases with the rise of temperature. It leads to increase of microhardness and wear-resistance of the coatings. The results of the experiments demonstrate that the coatings fluxed at 1100 ºС have maximum microhardness (953 HV) and wear resistance. Unfortunately, high fluxing temperatures can promote to layer separation.

About the authors

E. E Kornienko

Novosibirsk State Technical University

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

A. A Nikulina

Novosibirsk State Technical University

Email: a.nikulina@corp.nstu.ru
20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

A. G Bannov

Novosibirsk State Technical University

Email: bannov_a@mail.ru
20, Prospekt 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

M. Mildebrath

Leibniz University of Hannover

Email: mildebrath@iw.uni-hannover.de
2, University str., Garbsen, 30823, Germany

V. A Bezrukova

Novosibirsk State Technical University

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

A. A Zhoidik

Novosibirsk State Technical University

Email: sashazhoidik@gmail.com
20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учебник для вузов. - М.: МИСиС, 2005. - 432 с.
  2. Zeng Z., Kuroda S., Era H. Comparison of oxidation behavior of Ni-20Cr alloy and Ni-base self-fluxing alloy during air plasma spraying // Surface & Coatings Technology. - 2009. - Vol. 204. - P. 69-77.
  3. Miguel J.M., Guilemany J.M., Vizcaino S. Tribological study of NiCrBSi coating obtained by different processes // Tribology International. - 2003. - Vol. 36. - P. 181-187.
  4. Газотермическое напыление: учебное пособие / Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин, Г.И. Ганноченко, А.Е. Затока, Б.М. Захаров, А.В. Иванов, В.М. Иванов, В.И. Калита, В.В. Кудинов, А.Ф. Пузряков, Ю.П. Сборщиков, Б.Г. Хамицев, Э.Я. Школьников, В.М. Ярославцев; под общ. ред. Л.Х. Балдаева. - М.: Маркет ДС, 2007. - 344 с. - ISBN 978-5-7958-0146-9.
  5. Microchemical and microstructural studies in a PTA weld overlay of Ni-Cr-Si-B alloy on AISI 304L stainless steel / C. Sudha, P. Shankar, R.V. Subba Rao, R. Thirumurugesan, M. Vijayalakshmi, B. Raj // Surface & Coatings Technology. - 2008. - Vol. 202. - P. 2103-2112. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2007.08.063.
  6. Microstructures of metallic NiCrBSi coatings manufactured via hybrid plasma spray and in situ laser remelting process / N. Serres, F. Hlawka, S. Costil, C. Langlade, F. Machi // Journal of Thermal Spray Technology. - 2011. - Vol. 20 (1-2). - P. 336-343. - doi: 10.1007/s11666-010-9565-1.
  7. A study on microstructure and flame erosion mechanism of a graded Ni-Cr-B-Si coating prepared by laser cladding / H.-F. Xuan, Q.-Y. Wang, S.-L. Bai, Z.-D. Liu, H.-G. Sun, P.-C. Yan // Surface & Coatings Technology. - 2014. - Vol. 244. - P. 203-209. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.02.021.
  8. Microstructures and environmental assessment of metallic NiCrBSi coatings manufactured via hybrid plasma spray process / N. Serres, F. Hlawka, S. Costil, C. Langlade, F. Machi // Surface & Coatings Technology. - 2010. - Vol. 205. - P. 1039-1046. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.03.048.
  9. Zhang Z., Wang Z., Liang B. Wear characterization of thermal spray welded // Journal of Materials Processing Technology. - 2009. - Vol. 209. - P. 1368-1374. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.073.
  10. Effect of Ni-to-Fe ratio on structure and properties of Ni-Fe-B-Si-Nb coatings fabricated by laser processing / R. Li, Z. Li, J. Huang, P. Zhang, Y. Zhu // Applied Surface Science. - 2011. - Vol. 257, iss. 8. - P. 3554-3557. - doi: 10.1016/j.apsusc.2010.11.073.
  11. Hemmati I., Ocelik V., Hosson J.Th.M. de. Effects of the alloy composition on phase constitution and properties of laser deposited Ni-Cr-B-Si coatings // Physics Procedia. - 2013. - Vol. 41. - P. 302-311. - doi: 10.1016/j.phpro.2013.03.082.
  12. Hemmati I., Ocelik V., Hosson J.Th.M. de. Advances in laser surface engineering: tackling the cracking problem in laser-deposited Ni-Cr-B-Si-C alloys // JOM. - 2013. - Vol. 65, iss. 6. - P. 741-748. - doi: 10.1007/s11837-013-0594-3.
  13. Microstructural study of NiCrBSi coatings obtained by different processes / R. Gonzalez, M.A. Garcia, I. Penuelas, M. Cadenas, M. del R. Fernandez, A.H. Battez, D. Felgueroso // Wear. - 2007. - Vol. 263, iss. 1-6. - P. 619-624. - doi: 10.1016/j.wear.2007.01.094.
  14. An investigation of the mechanical properties and wear resistance of NiCrBSi coatings carried out by in situ laser remelting / N. Serres, F. Hlawka, S. Costil, C. Langlade, F. Machi // Wear. - 2011. - Vol. 270, iss. 9-10. - P. 640-649. - doi: 10.1016/j.wear.2011.01.025.
  15. Saricimen H., Quddus A., Ul-Hamid A. Hot corrosion behavior of plasma and HVOF sprayed Co- and Ni-based coatings at 900°C // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. - 2014. - Vol. 50, iss. 3. - Р. 391-399. - doi: 10.1134/S2070205114030162.
  16. Liyanage T., Fisher G., Gerlich A.P. Influence of alloy chemistry on microstructure and properties in NiCrBSi overlay coatings deposited by plasma transferred arc welding (PTAW) // Surface & Coatings Technology. - 2010. - Vol. 205, iss. 3. - P. 759-765. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.07.095.
  17. Gross K.A., Kovalevskis A. Mold manufacture with plasma spraying // Journal of Thermal Spray Technology. - 1996. - Vol. 5, iss. 4. - P. 469-475.
  18. Microstructure and wear properties of nickel-based surfacing deposited by plasma transferred arc welding / С. Guoqing, F. Xuesong, W. Yanhui, L. Shan, Z. Wenlong // Surface & Coatings Technology. - 2013. - Vol. 228. - P. 276-282. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.05.125.
  19. Kesavan D., Kamaraj M. The microstructure and high temperature wear performance of a nickel base hardfaced coating // Surface & Coatings Technology. - 2010. - Vol. 204. - P. 4034-4043. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.05.022.
  20. Corrosion mechanism of NiCrBSi coatings deposited by HVOF / W. Zhao, Y. Wang, L. Dong, K. Wu, J. Xue // Surface & Coatings Technology. - 2005. - Vol. 190. - P. 293-298. - doi: 10/1016/j.surfcoat.2004.04.057.
  21. Comparative examination of the microstructure and high temperature oxidation performance of NiCrBSi flame sprayed and pack cementation coatings / D. Chaliampalias, G. Vourlias, E. Pavlidou, S. Skolianos, K. Chrissafis, G. Stergioudis // Applied Surface Science. - 2009. - Vol. 255, iss. 6. - P. 3605-3612. - doi: 10.1016/j.apsusc.2008.10.006.
  22. Чесов Ю.С., Зверев Е.А., Плохов А.В. Структура плазменных покрытий из порошкового материала марки ПГ-С27 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2010. - № 1. - С. 14-18.
  23. Kornienko E., Smirnov A., Kuz’min V. Researches structure and properties of self-fluxing coating, obtained by air-plasma // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - Vol. 698. - P. 405-410. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.698.405' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.698.405.
  24. Sidhu T.S., Prakash S., Agrawal R.D. Hot corrosion and performance of nickel-based coatings // Current Science. - 2006. - Vol. 90, iss. 1. - P. 41-47.
  25. Microstructures and mechanical properties of metallic NiCrBSi and composite NiCrBSi-WC layers manufactured via hybrid plasma/laser process / N. Serresa, F. Hlawka, S. Costil, C. Langlade, F. Machi // Applied Surface Science. - 2011. - Vol. 257, iss. 12. - P. 5132-5137. - doi: 10.1016/j.apsusc.2010.11.062.
  26. Rolling contact fatigue mechanism of a plasma-sprayed and laser-remelted Ni alloy coating / X.C. Zhang, B.S. Xu, S.T. Tu, F.Z. Xuan, Y.K. Zhang, H.D. Wang, Y.X. Wu // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. - 2009. - Vol. 32. - P. 84-96. - doi: 10.1111/j.1460-2695.2008.01305.x.
  27. Handbook of thermal spray technology / ed. by J.R. Davis. - Materials Park, OH: ASM International, 2004. - 338 p. - ISBN-10: 0871707950. - ISBN-13: 978-0871707956.
  28. Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laser / R. Gonzalez, M. Cadenas, R. Fernandez, J.L. Cortizo, E. Rodriguez // Wear. - 2007. - Vol. 262. - P. 301-307.
  29. Tokunaga T., Nishio K., Hasebe M. Thermodynamic study of phase equilibria in the Ni-Si-B system // Journal of Phase Equilibria. - 2001. - Vol. 22, N 3. - P. 291-299.
  30. Liquidus surface of B-Cr-Ni system / Sh. Omori, K. Koyama, Y. Hashimoto, K. Yamada // Journal of the Japan Institute of Metals and Materials. - 1985. - Vol. 49, N 11. - P. 935-939.
  31. Hemmati I., Ocelik V., Hosson J.Th.M. de. Electron microscopy characterization of Ni-Cr-B-Si-C laser deposited coatings // Microscopy and Microanalysis. - 2013. - Vol. 19. - P. 120-131. - doi: 10.1017/S1431927612013839.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


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».