Microstructure of NiAl + 15 wt.% CrB2 nano-crystalline composite coatings obtained through co-milling of NiAl and CrB2 powders

• Autorzy: Szlezynger M. , Morgiel J. , Rogal Ł. , Poliarus O. , Kurtyka P.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura nanokompozytowych powłok NiAl + 15% wag. CrB2 otrzymanych przez współmielenie proszków NiAl oraz CrB2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The development of a new deposition method allowing to obtain thick composite coatings is of both scientifically and practical importance. The one presented in this paper is based on a negative side effect taking place during the mechanical synthesis of alloys, i.e. sticking of milled material to the surfaces of both the vial and balls. The experiment covered the comilling of NiAl (~45 µm) with 15 wt.% CrB2 (~40 µm) powders together with nickel platelets used as the substrates and steel balls. The above processing performed at 200 rpm resulted in a steady increase in the thickness of the rubbed-in buildup on the platelet surfaces allowing coatings of 4, 11, 22 and 33 µm to be produced after 4, 8, 16 and 32 hours. The OM, XRD and TEM investigations showed that such coatings are characterized by a gradient microstructure with heavily dislocated but coarser grains near the substrate and a more porous inner part formed with rounded well fused agglomerates of greatly refined crystallites. The CrB2 were only slightly larger than the NiAl ones and were distributed quite uniformly. Most of the coating was found well fused with the substrate, but occasional voids and porosity at the substrate/coating interface were also noted. It is worth noting that applying the proposed method allowed the authors to produce a thick, gradient and mostly nano-crystalline NiAl and CrB2 composite coating.

PL

Rozwój nowych metod osadzania powłok kompozytowych jest istotny z naukowego i praktycznego punktu widzenia. Metoda proponowana obecnie bazuje na negatywnym zjawisku zachodzącym w czasie mechanicznej syntezy stopów, tj. oklejaniem mielonym materiałem kul i naczynia w którym prowadzony jest proces. Obecny eksperyment obejmował współmielenie stalowymi kulami proszków NiAl (~45 μm) z 15 wt.% CrB2 (~40 μm) z płytkami Ni zastosowanymi jako podłoża. Proces ten, prowadzony przy 200 obr./min, skutkował ciągłym powiększaniem grubości powłok do 4, 11, 22 i 33 μm odpowiednio po 4, 8, 16 i 32 godz. Badania z wykorzystaniem mikroskopii optycznej, transmisyjnej oraz dyfraktometrii rentgenowskiej wykazały, że powłoki te charakteryzuje budowa gradientowa z warstwą silnie zdefektowanych, ale stosunkowo dużych krystalitów przy podłożu stopniowo zastępowanych nanokrystalicznym porowatym materiałem w formie silnie spojonych aglomeratów. Krystality CrB2 wykazywały niewiele mniejsze rozdrobnienie od NiAl oraz w przybliżeniu równomierny rozkład w intermetalicznej osnowie. Powłoki w większej części wykazywały dobre spojenie z podłożem, ale obecność pustek oraz porowatości penetrującej od granic z podłożem była dokumentowana. Należy podkreślić, że zastosowanie proponowanej metody umożliwia wytworzenie grubych, gradientowych i w przeważającej części nanokrystalicznych kompozytowych powłok.

Słowa kluczowe

EN

NiAl; composite coatings; NiAl CrB2; mechanical alloying; TEM

PL

NiAl; kompozytowe powłoki; NiAl CrB2; mechaniczna synteza; TEM

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 3
• Strony: 149--155
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Szlezynger M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 25., 30-059 Krakow, Poland

autor

Morgiel J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 25., 30-059 Krakow, Poland

autor

Rogal Ł.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 25., 30-059 Krakow, Poland

autor

Poliarus O.

• Frantsevich Institute for Problems of Material Science of NASU, ul. Krzhyzhanovsky 3, 03680 Kyiv-142, Ukraine

autor

Kurtyka P.

• Pedagogical University of Cracow, Institute of Technology, ul. Podchorazych 2, 30-084 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Sierra C., Vazquez A.J., NiAl coating on carbon steel with an intermediate Ni gradient layer, Surface Coatings Technology 2006, 200, 4383-4388.
• [2] Prevot G., Schmausa D., Le Moal S., Epitaxial alloyed films out of the bulk stability domain: surface structure and composition of Ni3Al and NiAl films, Surface Science 2010, 604, 770-777.
• [3] Poliarus O., Morgiel J., Umanskyi O., Szlezynger M., Pomorska M., Bobrowski P., Szczerba M., Microstructure and phase composition of NiAl-CrB2 composite powders used for plasma spraying, Composite Theory and Practice 2018, 18, 121-124.
• [4] Umanskyi O., Poliarus O., Ukrainets M., Kostenko O., Terentyev O., Influence of CrB2 additives into NiAl intermetallics on tribological properties of thermal spray coatings at high temperature friction, Conference MET-2013: Materials, Environment, Technology, Latvia, Riga 2013, 37-43.
• [5] Umanskyi O., Poliarus O., Ukrainets M., Martsenyuk I., Effect of ZrB2 , CrB2 and TiB2 additives on the tribological characteristics of NiAl-based plasma coatings, Key Eng. Mat. 2014, 604, pp. 20-23.
• [6] Bhatt B., Murethy T.S.R.C., Limaye P.K., Nagaraj A., Singh K., Sonber J.K., Sairam K., Sashanka A., Nageswara Rao G.V.S., Srinivasa Rao T.S., Tribological studies of monolithic chromium diboride against tungsten carbide (WC-Co) under dry condition, Ceramic Int. 2016, 42, 15536-15546.
• [7] Xiaoli C., Yuying W., Tong G., Chong L., Jinfeng N., Xiangfa L., In situ CrB2 and its effect on the mechanical properties of A390 alloy, Materials Characterization 2013, 86, 296-302.
• [8] Audronis M., Rosli Z.M., Leyland A., Kelly P.J., Matthews A., Tribological behaviour of pulsed magnetron sputtered CrB2 coatings examined by reciprocating sliding wear testing against aluminium alloy and steel, Surf. Coat. Technol. 2008, 202, 1470-1478.
• [9] Bedse R.D., Sonber J.K., Sairam K., Murthy T.S.R.C., Hubli R.C., Processing and characterization of CrB2 -based novel composites, High Temp. Mater. Process. 2015, 34(7), 683-687.
• [10] Umanskyi O., Poliarus O., Ukrainets M., Antonov M., Hussainova I., High temperature sliding wear of NiAl-based coating reinforced by borides, Materials Science 2016, 22, 1.
• [11] Zadorozhnyy V., Kaloshkin S., Kaevitser E., Romankov S., Coating of metals with intermetallics by mechanical alloying, Journal of Alloys and Compounds 2011, 509S, S507-S509.
• [12] Zadorozhnyy V., Kaloshkin S., Tcherdyntsev V., Gorshenkov M., Komissarov A., Zadorozhnyy M., Formation of intermetallic Ni-Al coatings by mechanical alloying on the different hardness substrates, Journal of Alloys and Compounds 2014, 586, S373-S376.
• [13] Kubaski E.T., Cintho O.M., Antoniassi J.L., Kahn H., Obtaining NiAl intermetallic compound using different milling devices, Adv. Powder Tech. 2012, 23, 5, 667-672.
• [14] Mohammadnezhad M., Shamanian M., Enayati M.H., Formation of nano structured NiAl coating on carbon steel by using mechanical alloying, Applied Surface Science 2012, 263, 730-736.
• [15] Mohammadnezhad M., Shamanian M., Enayati M.H., Salehi M., Influence of annealing temperature on the structure and properties of the nanograined NiAl intermetallic coatings produced by using mechanical alloying, Surface & Coatings Technology 2013, 217, 64-69.
• [16] Suryanarayana C., Mechanical alloying and milling, Prog. in Mat. Science 2001, 46, 1-184.

Uwagi

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