The structure of Ni-TiC composite coatings deposited by PPTAW method

• Autorzy: Bober M. , Grześ J.

Warianty tytułu

PL

Struktura kompozytowych powłok Ni-TiC napawanych metodą PPTAW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the structure investigations of Ni-TiC composite coatings deposited on low carbon steel (S355J0) using plasma powder transferred arc welding (PPTAW) are presented. A blend of nickel alloy powder with 40 vol% TiC was selected as the precursor material for fabricating Ni-TiC composite coatings. The obtained composite layers were characterized by macro and microstructural examination. The distribution of carbide grains in the nickel matrix was characterized by fractal analysis. In addition, the volume fraction of TiC inclusion in the nickel matrix and coating dilution as a function hardfacing parameters were calculated. Metallographic examination revealed that the coatings obtained within the range of a 60÷80 A welding current have discontinuities in the interface layer - substrate and a number of large air bubbles. The composite coatings obtained with a welding current higher than 80 A were correctly formed. The microstructure of the composite coatings contains large and small irregular titanium carbide particles. As a result of the interaction between the nickel alloy matrix and high energy plasma arc with titanium carbide during the surfacing process, small particles are formed. Both the dilution coefficient and volume fraction of TiC increase with an increase in welding current. The last part of the paper includes the results of the fractal dimension measurements of coating cross-sections. For the analyzed structures, the percentage of TiC and linear fractal dimension were determined using the line counting dimension method (LCD), which is a modification of the box counting dimension method (BCD).

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań struktury kompozytowych powłok Ni-TiC otrzymanych metodą napawania plazmowego (ang. PPTAW - Plasma Powder Transferred Arc Welding) w zależności od natężenia prądu napawania. Napoiny te uzyskano w wyniku topienia mieszaniny proszków, w której osnową był proszek na bazie niklu, natomiast fazę umacniającą stanowił proszek TiC. Proszek osnowy mieszano z proszkiem węglika tytanu o tej samej ziarnistości w stosunku objętościowym 60:40. Kompozytowe powłoki napawano na podłoża ze stali niskowęglowej S355J0. Przeprowadzono badania makro- i mikroskopowe otrzymanych napoin kompozytowych Ni-TiC. Zaadaptowano program do analizy obrazów mikroskopowych MultiScanBase do określenia udziału cząstek fazy umacniającej osnowę oraz obliczenia udziału metalu podłoża w napoinie. Do określenia rozmieszczenia cząstek TiC w osnowie napoin kompozytowych zastosowano analizę fraktalną. Kompozytowe napoiny Ni-TiC formowały się poprawnie, gdy natężenie prądu łuku głównego wynosiło co najmniej 80 A. Warstwy uzyskane dla niższych wartości natężenia prądu nie wykazywały metalurgicznego połączenia ze stalowym podłożem, a ponadto występowały w nich niezgodności spawalnicze w postaci dużych pęcherzy gazowych. Badania metalograficzne ujawniły obecność dużych i małych cząstek TiC w niklowej osnowie. Wraz ze wzrostem natężenia prądu liczba małych cząstek wzrastała. Było to powodowane rozpadem dużych cząstek TiC pod wpływem oddziaływania ciekłej osnowy w trakcie napawania. Udział metalu podłoża w napoinie zwiększa się wraz ze wzrostem natężenia prądu, ponieważ zwiększa się także energia liniowa procesu. Również udział objętościowy cząstek TiC w osnowie rośnie, gdy zwiększa się prąd napawania. Dla badanych powłok określono liniowy wymiar fraktalny, stosując zmodyfikowaną metodę box counting dimension (BCD).

Słowa kluczowe

EN

composite coatings Ni-TiC; plasma powder transferred arc welding method; PPTAW; fractal analysis

PL

powłoki kompozytowe Ni-TiC; napawanie plazmowe proszkowe; PPTAW; analiza fraktalna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 72--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bober M.

• Warsaw University of Technology, Department of Welding Engineering, ul. Narbutta 85, 02-524 Warsaw, Poland

autor

Grześ J.

• Warsaw University of Technology, Department of Welding Engineering, ul. Narbutta 85, 02-524 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Deuis R.L., Yellup J.M., Subramanian C., Metal-matrix composite coatings by PTA surfacing, Composite Science & Technology 1998, 58, 299-309.
• [2] Klimpel A., Technology of Surfacing and Thermal Spraying, Silesian Univ. Publ. 1999 (in Polish).
• [3] Ozel S., Kurt B., Somunkiran I., Orhan N., Microstructural characteristic of NiTi coating on stainless steel by plasma transferred arc process, Surface and Coatings Technology 2008, 202, 3633-3637.
• [4] Hou Q.Y., He Y.Z., Zhang Q.A., Gao J.S., Influence of molybdenum on the microstructure and wear resistance of nickel-based alloy coating obtained by plasma transferred arc process, Materials and Design 2007, 28, 1982-1987.
• [5] Kim H.J., Kim Y.J., Wear and corrosion resistance of PTA weld surfaced Ni and Co based alloy layers, Surface Engineering 1999, 15, 495-501.
• [6] Gurumoorthy K., Kamaraj M., Prasad Rao K., Sambasiva Rao A.,Venugopal S., Microstructural aspects of plasma transferred arc surfaced Ni-based hardfacing alloy, Materials Science and Engineering A 2007, 456, 11-19.
• [7] Bourithis L., Milonas Ath., Papadimitriou G.D., Plasma transferred arc surface alloying of a construction steel to produce a metal matrix composite tool steel with TiC as reinforcing particles, Surface and Coatings Technology 2003, 165, 286-295.
• [8] Huang Z., Hou Q., Wang P., Microstructure and properties of Cr3C2-modified nickel-based alloy coating deposited by plasma transferred arc process, Surface and Coatings Technology 2008, 202, 2993-2999.
• [9] Liyanage T., Fisher G., Gerlich A.P., Microstructures and abrasive wear performance of PTAW deposited Ni-WC overlays using different Ni-alloy chemistries, Wear 2012, 274-275, 345-354.
• [10] Chen D., Liu D., Liu Y., Wang H., Huang Z., Microstructure and fretting wear resistance of γ/TiC composite coating in situ fabricated by plasma transferred arc cladding, Surface & Coatings Technology 2014, 239, 28-33.
• [11] Oyama S.T., The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides, Balckie Academic & Professional, Chapman & Hall, London 1996.
• [12] Grześ J., The fractal dimension of selected structures of H17 steel joint, Prace Naukowe - Mechanika 2009, 229, 23-31 (in Polish),