Tribological wear analysis of Ti-Al composite coatings applied with the cold spray method

• Autorzy: Rutkowska-Gorczyca Małgorzata , Wiśniewski Marcin , Dziubek Mateusz , Kowalewski Piotr , Winnicki Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9437

Warianty tytułu

PL

Analiza zużycia tribologicznego kompozytowych powłok Ti-Al nanoszonych metodą cold spray

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The possibility of using the low-pressure cold gas spraying (LPCS) method to create composite coatings has been known and used for a long time. This method makes it possible to create coatings from physically and chemically different powders and to regenerate components damaged during operation. Composite coatings of titanium and aluminium at different weight concentrations were selected for the study. The research was conducted to optimise the influence of the chemical composition of the composite coatings on their tribological properties. This paper presents the results of tribological wear testing of composite coatings applied using the low-pressure cold gas spray (LPCS) method. Wear resistance tests were performed using the ball-on-plate method in reciprocating motion using a steel ball. Tribological testing of the coatings included determining the effect of contact force on wear and the value of the kinetic coefficient of friction of the friction pairs tested. The study determined the optimum chemical composition of the Ti-Al composite coatings to improve wear properties.

PL

Możliwość zastosowania metody niskociśnieniowego natrysku zimnym gazem (LPCS) do tworzenia powłok kompozytowych jest znana i wykorzystywana od bardzo dawna. Metoda ta pozwala na tworzenie powłok z różnych pod względem fizycznym i chemicznym proszków oraz na regenerację elementów uszkodzonych podczas eksploatacji. Do badań wybrano kompozytowe powłoki tytanu i aluminium przy różnych stężeniach wagowych. Badania przeprowadzono w celu optymalizacji wpływu składu chemicznego powłok kompozytowych na ich właściwości tribologiczne. W pracy zaprezentowano wyniki badań zużycia tribologicznego powłok kompozytowych nanoszonych z zastosowaniem metody niskociśnieniowego natrysku zimnym gazem (LPCS). Badania odporności na zużycie wykonano przy użyciu metody ball-on-plate, w ruchu posuwisto-zwrotnym z wykorzystaniem stalowej kulki. Badania tribologiczne powłok obejmowały określenie wpływu siły nacisku na zużycie oraz wartość współczynnika tarcia kinetycznego badanych par trących. Badania pozwoliły określić optymalny skład chemiczny kompozytowych powłok Ti-Al w celu poprawy właściwości eksploatacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

composite coatings; Ti-Al; LPCS; tribological testing

PL

powłoki kompozytowe; Ti-Al; LPCS; badania tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 63--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Rutkowska-Gorczyca Małgorzata

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27 Street, 50-370 Wrocław, Poland.

• https://orcid.org/0000-0003-2712-5914

autor

Wiśniewski Marcin

autor

Dziubek Mateusz

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27 Street, 50-370 Wrocław, Poland.

• https://orcid.org/0000-0002-6179-9771

autor

Kowalewski Piotr

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27 Street, 50-370 Wrocław, Poland.

• https://orcid.org/0000-0003-2216-5706

autor

Winnicki Marcin

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27 Street, 50-370 Wrocław, Poland.

• https://orcid.org/0000-0003-2766-116X

Bibliografia

• 1. Assadi H., Kreye H., Gärtner F., et al.: Cold spraying – A materials perspective. Acta Materialia, Acta Materialia Internet 2016, 116, pp. 382–407. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2016.06.034.
• 2. Singh H., Kumar M., Singh R.: An overview of various applications of cold spray coating process, Materials Today: Proceedings 2022, 56, pp. 2826–2830.
• 3. Poza P., Garrido-Maneiro M.Á.: Cold-sprayed coatings: Microstructure, mechanical properties, and wear behaviour, Progress in Materials Science 2022,123, p. 100839.
• 4. Cavaliere P.: Cold-Spray Coatings: Recent Trends and Future perspectives 2017.
• 5. Winnicki M., Piwowarczyk T., Małachowska A.: General description of cold sprayed coatings formation and of their properties, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 2018, 66, pp. 301–310.
• 6. Da Silva F.S., Cinca N., Dosta S., et al.: Cold gas spray coatings: Basic principles, corrosion protection and applications. Ecletica Quimica 2017, 42, pp. 9–32.
• 7. Uhlmann E., Kersting R., Klein T.B., et al.: Additive Manufacturing of Titanium Alloy for Aircraft Components. Procedia CIRP 2015, pp. 35, 55–60. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.061.
• 8. Zhao W., Wang S., Han Z., et al.: Cutting Performance Evaluation of End Mills for Titanium Aircraft Components. Procedia CIRP 2015, 35, pp. 1–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.051.
• 9. Singh P., Pungotra H., Kalsi N.S.: On the characteristics of titanium alloys for the aircraft applications, Materials Today: Proceedings 2017, 4, pp. 8971–8982. Available from: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.07.249.
• 10. Burkov A.A., Chigrin P.G.: Synthesis of Ti-Al intermetallic coatings via electrospark deposition in a mixture of Ti and Al granules technique, Surface and Coatings Technology 2020, p. 387.
• 11. Liu Y., Liu W., Ma Y., et al.: Microstructure and wear resistance of compositionally graded TiAl intermetallic coating on Ti6Al4V alloy fabricated by laser powder deposition, Surface and Coatings Technology 2018, 353, pp. 32–40.
• 12. Liang J., Liu Y., Yang S., et al.: Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti-Al-Ni-Si composite coatings, Surface and Coatings Technology 2022, p. 445.
• 13. Dai J., Zhang F., Wang A., et al.: Microstructure and properties of Ti-Al coating and Ti-Al-Si system coatings on Ti-6Al-4V fabricated by laser surface alloying, Surface and Coatings Technology 2017, 309, pp. 805–813.
• 14. Liang J., Liu Y., Yang S., et al.: Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti-Al-Ni-Si composite coatings, Surface and Coatings Technology 2022, 445, p.128727.
• 15. Kowalewski P., Wieleba W., Leśniewski T.: Stanowisko do badań tribologicznych w złożonym ruchu cyklicznym toczno-ślizgowym, Tribologia 2007, pp. 303–311.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).