Properties of γ-Ni+γ’ composite coatings transformed from Ni+Al electrodeposits

• Autorzy: Konieczny M. , Szwed B. , Kardynał I.

Warianty tytułu

PL

Właściwości warstw kompozytowych γ-Ni+γ' wytwarzanych na drodze transformacji galwanicznych powłok Ni+Al

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Composite γ-Ni+γ’ coatings on an iron substrate were developed by the conversion of Ni+Al electrodeposits with dispersed Al particles in an Ni matrix. The conversion was made by vacuum annealing at 900°C for 3 h under a uniaxial pressure of 1 MPa and full-density composite coatings were obtained. A nickel interlayer was successfully employed to block the mutual diffusion between the iron substrate and aluminium and therefore hard and brittle Fe-Al intermetallics were not formed. The oxidation resistance of as-plated Ni and γ-Ni+γ’ composite coatings at 1000°C was compared. After 100 hours at 1000°C, a mass gain of oxides for the γ-Ni+γ’ coating was about 7 times less than for the nickel coating. The γ-Ni+γ’ coating follows parabolic oxidation kinetics, which implies that oxidation is bulk-diffusion controlled. SEM/EDS and XRD characterization showed that during oxidation, a thin continuous Al2O3 layer is formed below the matrix of an NiAl2O4 spinel. The wear mass loss of the γ-Ni+γ’ coatings was found to be about 3 times smaller than the as-plated Ni and Ni+Al coatings. Moreover, the γ-Ni+γ’ coatings oxidised for 20 h, containing very hard and wear-resistant Al2O3 particles, show the smallest wear mass loss of all the tested materials.

PL

Warstwy kompozytowe γ-Ni+γ’ na podłożu żelaza zostały wytworzone na drodze galwanicznych powłok Ni+Al. Konwersji dokonano poprzez wygrzewanie w próżni w temperaturze 900°C przez 3 godziny pod naciskiem. Uzyskano nieporowate powłoki kompozytowe. Zastosowana warstwa niklu skutecznie zablokowała dyfuzję pomiędzy podłożem z żelaza oraz cząstkami aluminium i dlatego w badanych próbkach nie stwierdzono występowania kruchych faz z układu Fe-Al. Porównano odporność na utlenianie w temperaturze 1000°C galwanicznej powłoki niklowej oraz powłoki kompozytowej γ-Ni+γ’. Stwierdzono, iż przyrost masy tlenków dla warstwy kompozytowej był około 7-krotnie mniejszy niż dla powłoki niklowej. Określono także kinetykę przyrostu masy tlenków. Badania z wykorzystaniem metod SEM/EDS oraz XRD pozwoliły scharakteryzować powstałe podczas utleniania produkty. Stwierdzono, że na niklu powstawały warstwy NiO, a warstwy tlenków na kompozycie γ-Ni+γ’ składały się z NiAl2O4, pod którymi występowały ciągłe warstewki Al2O3. Testy trybologiczne wykazały, że ubytek masy warstw kompozytowych γ-Ni+γ’ był około trzy razy mniejszy niż galwanicznych warstw niklowych oraz kompozytowych warstw Ni+Al. Ponadto stwierdzono, że utleniane przez 20 h warstwy γ-Ni+γ’ miały najmniejszy ubytek masy podczas prób ścierania spośród wszystkich badanych materiałów. Efekt ten pojawiał się po czasie badania dłuższym niż 25 minut, gdy zostały odsłonięte w warstwie twarde i odporne na ścieranie cząstki Al2O3.

Słowa kluczowe

EN

γ-Ni+γ’ composite coating; oxidation resistance; wear behaviour

PL

warstwa kompozytowa γ-Ni+γ’; odporność na utlenianie; zużycie ścierne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 1
• Strony: 33--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Konieczny M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. 1000-lecia PP 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Szwed B.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. 1000-lecia PP 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Kardynał I.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. 1000-lecia PP 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• [1] Sikka V.K., Deevi S.C., Viswanathan S., Swindeman R.W., Santella M.L., Advances in processing of Ni3Al-based intermetallics and applications, Intermetallics 2000, 8, 1329-1337.
• [2] Konieczny M., Mechanical properties and deformation behavior of laminated Ni-(Ni2Al3+NiAl3) and Ni-(Ni3Al+NiAl) composites, Mater. Sci. Eng. A 2013, 586, 11-18.
• [3] Alman D.E., Dogan C.P., Hawk J., Rawers J.C., Processing, structure and properties of metal-intermetallic layered composites, Mater. Sci. Eng. A 1995, 192-193, 624-632.
• [4] Wang H., Han J., Du S., Northwood D.O., Reaction synthesis of nickel/aluminide multilayer composites using Ni and Al foils: microstructures, tensile properties and deformation behaviour, Metall. Mater. Trans. A 2007, 38, 409-419.
• [5] Meng X.K., Shen H., Vehoff H., Mathur S., Ngan A.H., Fractography, elastic modulus and oxidation resistance of novel metal-intermetallic Ni/Ni3Al multilayer films, J. Mater. Res. 2002, 17, 790-796.
• [6] Banerjee R., Thompson G.B., Anderson P.M., Fraser H.L., Sputter deposited nanocrystalline Ni-25Al alloy thin films and Ni/Ni3Al multilayers, Thin Solid Film 2003, 424, 93-98.
• [7] Sidhu B.S., Puri D., Prakash S., Characterisation of plasma sprayed and laser remelted NiCrAlY bond coats and Ni3Al coatings on boiler tube steels, Mater. Sci. Eng. A 2004, 368, 149-158.
• [8] Wang S.C., Wei W.C., Kinetics of electroplating process of nano-sized ceramic particle/Ni composite, Mater. Chem. Phys. 2003, 78, 574-580.
• [9] Trzaska M., Kucharska B., Wpływ gęstości prądu i składu kąpieli na właściwości warstw kompozytowych Ni/PTFE, Kompozyty 2008, 8, 77-81.
• [10] Liu H., Chen W., Electrodeposited Ni-Al composite coatings with high Al content by sediment co-deposition, Surf. Coat. Technol. 2005, 191, 341-350.
• [11] Susan D.F., Barmak K., Marder A.R., Electrodeposited Ni-Al particle composite coatings, Thin Solid Films 1997, 307, 133-140.
• [12] Napłoszek-Bilnik I., Budniok A., Łągiewka E., Elektrolityczne otrzymywanie i struktura powłok kompozytowych Ni+Al, Ni+Ti, Ni+Al+Ti, Inżynieria Materiałowa 2003, 4-5, 207-213.
• [13] Yang X., Peng X., Wang F., Size effect of Al particles on structure and oxidation of Ni/Ni3Al composites transformed from electrodeposited Ni-Al films, Scripta. Mater. 2007, 56, 509-512.
• [14] Susan D.F., Marder A.R., Ni-Al composite coatings: diffusion analysis and coating lifetime estimation, Acta Mater. 2001, 49, 1153-1163.
• [15] Konieczny M., Composite coatings γ-Ni+γ’/Ni on iron transformed from electrodeposited Ni and sediment co-deposited Ni+Al films, Kompozyty 2011, 11, 168-173.