Structure and mechanical properties of cermet Ni-Al/MSZ thick coating prepared by flame spraying technique

• Autorzy: Saleh Mahmood M. , Khemakhem Hamadi , Jassim Ismel K. , Al-Saqa Read Hashim

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2024.1.2

Warianty tytułu

PL

Struktura i właściwości mechaniczne grubowarstwowej powłoki cermetalowej Ni-Al/MSZ przygotowanej techniką natrysku płomieniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to obtain a thick protective cermet coating on API 5L (carbon steel) pipes, used in the oil industry. A new method involving flame spray coating has been selected to produce thick ceramic-metal coatings of Ni-Al/MgO-ZrO2 under optimal spraying parameters. Structural properties were measured by X-ray diffraction (XRD). Morphology was determined by means of scanning electron microscopy (SEM). The elemental composition in the cermet coating was confirmed by energy dispersive spectroscopy (EDS). Deposition efficiency was found to be an important factor as demonstrated by adhesion force results obtained using the pull-out tensile test. The results show that the best spray distance is 20 cm, as it ensures good interaction between the layers, a high adhesion force value of 8.4 MPa, a uniform microstructure, low porosity, a hardness of 166.4 HV, and a coating thickness of approximately 1.85 mm. X-ray results clearly show that the cermet coating consists of numerous phases, such as tetragonal (T), monoclinic, and face center cubic (FCC). SEM images revealed that the typical particle-containing microstructures consisted of spherical shapes with elongated agglomerations. Finally, based on the results obtained, it can be concluded that flame spray coating provides a significant improvement in performance.

PL

Celem pracy było uzyskanie grubej ochronnej powłoki cermetalowej na rurach API 5L (ze stali węglowej), stosowanych w przemyśle naftowym. Wybrano nową metodę natryskiwania płomieniowego w celu wytworzenia grubych powłok ceramiczno-metalowych Ni-Al/MgO-ZrO2 przy optymalnych parametrach natryskiwania. Właściwości strukturalne zostały zmierzone za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Morfologię określono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Skład pierwiastkowy powłoki cermetalowej ustalono, używając spektroskopii dyspersji energii (EDS). Stwierdzono, że wydajność osadzania jest ważnym czynnikiem, o czym świadczą wyniki pomiaru siły adhezji uzyskane w próbie rozciągania. Z badań wynika, że najlepsza odległość natryskiwania wynosi 20 cm – zapewniona jest wówczas dobra interakcja między warstwami, wysoka wartość siły adhezji: 8,4 MPa, jednolita mikrostruktura, niska porowatość, twardość wynosi 166,4 HV, a grubość powłoki ok. 1,85 mm. Badania rentgenowskie pozwoliły ustalić, że powłoka cermetalowa składa się z wielu faz: tetragonalnej (T), jednoskośnej i FCC. Obrazy SEM ujawniły, że typowe mikrostruktury zawierające cząstki składały się z kulistych struktur tworzących wydłużone aglomeracje. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że zastosowana metoda natryskiwania płomieniowego zapewnia znaczną poprawę właściwości ochronnych.

Słowa kluczowe

EN

cermet coating; flame spraying; MgO-ZrO2; carbon steel; self-bonding Ni-Al

PL

powłoka cermetalowa; natryskiwanie płomieniowe; MgO-ZrO2; stal węglowa; samospiekający się Ni-Al

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 1
• Strony: 9--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Saleh Mahmood M.

• Department of Physics, Faculty of Sciences, University of Sfax, Tunisia

• https://orcid.org/0009-0006-6128-8273

autor

Khemakhem Hamadi

• Department of Physics, Faculty of Sciences, University of Sfax, Tunisia

• https://orcid.org/0000-0002-1753-8451

autor

Jassim Ismel K.

• Department of Physics, College Education of Pure Science, Tikrit University, Iraq

• https://orcid.org/0009-0002-2997-6819

autor

Al-Saqa Read Hashim

• Directorate General of Education, Nineveh, Iraq

• https://orcid.org/0000-0003-3538-457X

Bibliografia

• [1] R. Darolia. 2013. “Thermal Barrier Coatings Technology: Critical Review, Progress Update, Remaining Challenges and Prospects.” International Materials Review 58(6): 315–348. DOI: 10.1179/1743280413Y.0000000019.
• [2] B.D. Sartwell, P.E. Bretz. 1999. “HVOF Thermal Spray Coating Replaces Hard Chrome.” Advanced Materials and Processes 156(2): 25–28.
• [3] D. A. Stewart, P. H. Shipway, D. G. McCartney. 1999. “Abrasive Wear Behaviour of Conventional and Nanocomposite HVOF-Sprayed WC-Co Coatings.” Wear 225–229(2): 789–798. DOI: 10.1016/S0043-1648(99)00032-0.
• [4] R.H. Al-Saqa, I.K. Jassim, M.M. Uonis. 2023. “Effect of KCl on the Optical and Structural Properties of CaZnO3 Perovskite Thin Films.” Ochrona przed Korozją 66(8): 243–246. DOI: 1015199/40.2023.8.3.
• [5] S. Mahade, C. Ruelle, N. Curry, J. Holmberg, S. Björklund, N. Markocsan, P. Nylén. 2019. “Understanding the Effect of Material Composition and Microstructural Design on the Erosion Behavior of Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings.” Applied Surface Science 488: 170–184. DOI: 10.1016/ j.apsusc.2019.05.245.
• [6] M. Pytel, M. Góral, A. Nowotnik. 2016. “The Porosity Assessment of Ceramic Topcoat in Thermal Barrier Coatings Deposited by APS Method.” Advances in Manufacturing Science and Technology 40(2): 53–65. DOI: 10.2478/amst2016-0010.
• [7] G. Chen, Y. Ling, Q. Li, H. Zheng, K. Li, Q. Jiang, L. Gao, M. Omran, J. Peng, J. Chen. 2020. “Stability Properties and Structural Characteristics of CaO-Partially Stabilized Zirconia Ceramics Synthesized from Fused ZrO2 by Microwave Sintering.” Ceramics International 46(10, Part B): 16842–16848. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.03.261.
• [8] A. N. Khan, I. N. Qureshi. 2009. “Microstructural Evaluation of ZrO2-MgO Coatings.” Journal of Materials Processing Technology 209(1): 488–496. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.032.
• [9] Q. Bai, C. Quyang, C. Zhao, B. Han, Y. Liu. 2021. “Microstructure and Wear Resistance of Laser Cladding of Fe-Based Alloy Coatings in Different Areas of Cladding Layer.” Materials 14(11): 2839. DOI: 10.3390/ma14112839. ticles.” Ceramics International 41(3, Part A): 4108–4117. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.11.106.
• [10] L. Keerthana, C. Sakthivel, I. Prabha. 2019. “MgO-ZrO2 Mixed Nanocomposites: Fabrication Methods and Applications.” Materials Today Sustainability 3–4: 100007. DOI: 10.1016/j.mtsust.2019.100007.
• [11] P. Carpio, A. Borrell, M. D. Salvador, A. Gómez, E. Martínez, E. Sánchez. 2015. “Microstructure and Mechanical Properties of Plasma Spraying Coatings from YSZ Feedstocks Comprising Nano- and Submicron-Sized Par
• [12] E. Sánchez, E. Bannier, M.D. Salvador, V. Bonache, J.C. García, J. Morgiel, J. Grzonka. 2010. “Microstructure and Wear Behavior of Conventional and Nanostructured Plasma-Sprayed WC-Co Coatings.” Journal of Thermal Spray Technology 19: 964–974. DOI: 10.1007/s11666-010-9480-5.
• [13] R. B. Wijayanti, I. Rosmayanti, K. Wahyudi, E. Maryani, H. Hernawan, R. Septawendar. 2021. “Preparation of Magnesia Partially Stabilized Zirconia Nanomaterials from Zirconium Hydroxide and Magnesium Carbonate Precursors Using PEG as a Template.” Crystals 11(6): 635. DOI: 10.3390/cryst11060635.
• [14] J. H. Yan, J. J. Xu, Rafi-ud-din, Y. Wang, L. F. Liu. 2015. “Preparation of Agglomerated Powders for Air Plasma Spraying MoSi2 Coating.” Ceramics International 41(9, Part A): 10547–10556. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.04.149.
• [15] R. H. Al-Saqa, I. K. Jassim. 2023. “Effect of Substrate Temperature on the Optical and Structural Properties of CaZnO3 Perovskite Thin Films.” Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 18(1): 165–172. DOI: 10.15251/DJNB.2023.181.165.
• [16] H. Juliano, F. Gapsari, H. Izzuddin, T. Sudiro, K.Y. Phatama, W.P. Sukmajaya, Zuliantoni, T. M. Putri, A. M. Sulaiman. 2022. “HA/ZrO2 Coating on CoCr Alloy Using Flame Thermal Spray.” Evergreen Joint Journal of Novel Carbon Resource Sciences and Green Asia Strategy 9(2): 254–261.
• [17] A. Baadi. 2020. Laser Remelting of Yttria Stabilized Zirconia Coatings Deposited by Suspension Plasma Spraying. Master thesis. Montréal, Québec, Canada: Concordia University.
• [18] L. Thair, I.K. Jassim, S.R. Al- Khuzaie, J.F. Hammody, M.H. Kalil. 2016. “Corrosion Protection of Carbon Steel Oil Pipelines by Unsaturated Polyester/ Clay Composite Coating.” American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences 18(1): 108–119. [19] Z. Li, Y. Zhao, G. Liu, C. Cao, Q. Liu, D. Zhao, X. Zhang, C. Zhao, H. Yu. 2022. “Parametric Studies on Finishing of AZ31B Magnesium Alloy with Al2O3 Magnetic Abrasives Prepared by Combining Plasma Molten Metal Powder with Sprayed Abrasive Powder.” Micromachines 13(9): 1369. DOI: 10.3390/mi13091369.
• [20] S. Y. Darweesh, I. K. Jassim, A.S.H. Mahmood. 2019. “Characterization of Cermet Composite Coating Al2O3-Ni System.” Journal of Physics: Conference Series 1294(2): 022011. DOI: 10.1088/1742-6596/1294/2/022011.
• [21] I. K. Jassim, M. A. Abdullah. 2020. “Characteristics Structural and Physical Properties of the System Cermet [Basalt-(Ni-Al)] Using Thermal Spray Flame Technology.” NeuroQuantology 18(4): 37–44. DOI: 10.14704/nq.2020.18.4.NQ20159.