Influence of Structural-Phase Condition on the Mechanical-Tribological Properties of Ti3SiC2 Coatings Obtained by the Detonation Method

• Autorzy: Buitkenov Dastan , Rahadilov Bauyrzhan , Sagdoldina Zhuldyz , Kantai Nurgamit

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.6558

Warianty tytułu

PL

Wpływ strukturalno-fazowego stanu na właściwości mechaniczno-tribologiczne powłok Ti3SiC2 uzyskanych metodą detonacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article provides the results of the research of the structure and properties of powder coatings based on titanium carbosilicide Ti3SiC2 obtained by detonation spraying on the surface of tool steel U9/У9 (equivalent to N9). Micro-indentation methods and abrasive wear tests for mechanical and tribological properties of Ti3SiC2 based coatings were conducted. The microstructure of the coating has a layered structure. The border between the coating and the base has a characteristic crinkled appearance. It was determined that the phase composition of the coatings changes during detonation spraying is a result of the decomposition of Ti3SiC2 powder into titanium carbide and titanium carbosilicide (secondary phases). Selected consolidation conditions ensure the formation of a Ti3SiC2/TiC composite material. The influence of the second phase content (TiC, TiO2) on the properties of coatings was studied. Studies of the microhardness of samples with coatings showed that, in the entire range of annealing temperatures, the microhardness of the Ti3SiC2/TiC composite material increases compared to the coating before annealing. It was found that the maximum microhardness of the Ti3SiC2/TiC composite material after annealing at a temperature of 800 ○C is explained by an increase in the content of the Ti3SiC2 phase. It was established that, during detonation spraying of Ti3SiC2 powders, a coating with a higher microhardness and wear resistance is formed.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań struktury i właściwości powłok proszkowych na bazie karbosilikidu tytanu Ti3SiC2 uzyskanych przez rozpylanie detonacyjne na powierzchni stali narzędziowej U9/У9 (odpowiednik N9). Metody mikroindentacji i testy zużycia ściernego dla właściwości mechanicznych i tribologicznych powłok opartych na Ti3SiC2. Mikrostruktura powłoki ma strukturę warstwową. Granica między powłoką a podstawą ma charakterystyczny wygląd korby. Ustalono, że skład fazowy powłok zmienia się podczas rozpylania detonacyjnego w wyniku rozkładu proszku Ti3SiC2 na węglik tytanu i karbosilikyd tytanu (fazy wtórne). Wybrane warunki konsolidacji zapewniają tworzenie materiału kompozytowego Ti3SiC2/TiC. Zbadano wpływ zawartości drugiej fazy (TiC, TiO2) na właściwości powłok. Badania mikrotwardości próbek z powłokami wykazały, że w całym zakresie temperatur wyżarzania mikrotwardość materiału kompozytowego Ti3SiC2/TiC wzrasta w porównaniu z powłoką przed wyżarzaniem. Stwierdzono, że maksymalna mikrotwardość materiału kompozytowego Ti3SiC2/TiC po wyżarzaniu w temperaturze 800°C tłumaczona jest wzrostem zawartości fazy Ti3SiC2. Ustalono, że podczas rozpylania detonacyjnego proszków Ti3SiC2 powstaje powłoka o wyższej mikrotwardości i odporności na zużycie.

Słowa kluczowe

EN

detonation spraying; titanium carbosilicide; heat treatment; microstructure; wear resistance

PL

rozpylanie detonacyjne; karbosilikyd tytanu; obróbka cieplna; mikrostruktura; odporność na zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 5
• Strony: 25--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Buitkenov Dastan

• S. Amanzholov East Kazakhstan State University, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

autor

Rahadilov Bauyrzhan

• S. Amanzholov East Kazakhstan State University, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

autor

Sagdoldina Zhuldyz

• S. Amanzholov East Kazakhstan State University, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

autor

Kantai Nurgamit

• S. Amanzholov East Kazakhstan State University, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

Bibliografia

• 1. Tobar M. J., Álvarez C., Amado J. M., Rodríguez G., Yánez A.: Morphology and characterization of laser clad composite NiCrBSi=WC coatings on stainless steel, Surface and Coatings Technology, 2006, 200, pp. 6313–6317.
• 2. Shtertser A., Muders C., Veselov S., Zlobin S., Ulianitsky V., Jiang X., Bataev V.: Computer Controlled Detonation Spraying of WC/Co Coatings Containing MoS2 Solid Lubricant, Surface & Coatings Technology, 206(23), 2012,pp. 4763–4770.
• 3. Nikolaev Yu. A., Vasilyev A. A., Ulyanitsky V. Yu.: Gas detonation and its application in engineering and technologies (review), Physics of combustion and explosion, 39(11), 2003, pp. 22–59, (in Russian).
• 4. Sun Z. M., Murugaiah A., Zhen T., Zhou A., Barsoum M. W.: Microstructure and mechanical properties of porous Ti3SiC2, Acta Materialia, 53, 2005, pp. 4359–4366.
• 5. Barsoum M. W., El-Raghy T.: The MAX Phases: Unique New Сarbide and Nitride Materials, American Scientist, 89, 2001, pp. 334–343.
• 6. Medvedeva N. I., Eniashin A. N., Ivanovskii A. L.: Modelirovanie elektronnogo stroeniia, khimicheskoi sviazi i svoistv troinogo silikokarbida Ti3SiC2 [Modelling of electronic structure, chemical bonding and properties of triple silicocarbide Ti3SiC2],Zhurnal strukturnoi khimii, 4(52), 2011, pp. 806–822.
• 7. Barsoum M.: The Mn+1AXn phases: a new class of solids. Progress in Solid State Chemistry, 28, 2000, pp. 201–281.
• 8. Ulianitsky V. Yu., Shtertser A. A., Zlobin S. B., Smurov I. Yu.: Computer-controlled detonation spraying, Therm. Spray Technol., 20, 2011, pp. 791–801.
• 9. Ulianitsky V., Shtertser V., Zlobin S., Smurov I.: Computer-controlled detonation spraying: from proces fundamentals toward advanced applications, Journal of Thermal Spray Technology, 20, 2011, pp. 791–801.
• 10. Oliker V. E., Sirovatka V. L., Timofeeva I. I., Gridasova T. Ya., Hrechyshkin Ye. F.: Formation of detonation coatings based in titanium aluminude alloys and aluminum titanate ceramic sprayed from mechanically milled powders Ti-Al, Surfaceand Coatings Technology, 200, 2006, pp. 3573–3581.
• 11. Senderowski C., Bojar Z., Wolczynski W., Pawlowski A.: Microstructure characterization of D-gun sprayed Fe–Al intermetallic coatings, Intermetallics, 18, 2010, pp. 1405–1409.
• 12. Dudinaa D. V., Batraev I. S., Ulianitsky V. Yu., Korchagin M. A.:Possibilities of the Computer-Controlled Detonation Spraying method: A chemistry viewpoint,Ceramics International, 40, 2014, pp. 3253–3260.
• 13. Rahadilov B. K., Zhurerova L. G. Sagdoldina Z. B.: Applying surface plasma hardening for improving the tribological characteristics of steel parts, Tribologia 1/2019, pp. 49–55.
• 14. Skakov M., Rakhadilov B., Batyrbekov E., Scheffler M., Manapbaeva A., Ayapbergenova G., Karipbayeva G.: Influence of regimes electrolytic-plasma nitriding on the structural-phase state and the wear of steel P6M5, Bulletin of KazNTU, 3 (103), 2014, pp. 65–71.
• 15. ZhouY., GuW.: Chemical reaction and stability of Ti3SiC2 in Cu during high-temperature processing of Cu/Ti3SiC2 composites, Z. Metallkd, 1(95), 2004, pp. 50–56.
• 16. Barsoum M. W.: Prog. Solid St. Chem., 2000, 28: 201.
• 17. Barsoum M. W., El-Raghy T., Radovic M.: Interceram., 49, 2000, 4: 226.
• 18. Zhang Z. F.,. Sun Z. M, Hashimoto H., Abe T., J. of Alloys and Compounds, 2003, 352: 283.
• 19. Siddhartha, Amar Patnaik, Amba D.: BhattMechanical and dry sliding wear characterization of epoxy–TiO2 particulate filled functionally graded composites materials using Taguchi design of experiment, Materials and Design, 32, 2011, pp. 615–627.
• 20. Caravaca M. A., Kosteski L. E., Mino J. C., D’Ambra R. B., Uberti B., Casali R. A.: Model for Vickers microhardness prediction applied to SnO2 and TiO2 in the normal and high pressure phases, Journal of the European Ceramic Society, 34, 2014, pp. 3791–3800.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).