Effects of Rare-Earth Metal Oxides on the Tribological Properties of Paddings for use on Mining Machine Parts

• Autorzy: Kasińska Justyna , Madej Monika , Rutkowski Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.9720

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatków tlenków metali ziem rzadkich na właściwości tribologiczne napoin stosowanych na elementach roboczych maszyn dla górnictwa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research on pad welds made using consumables in the process of metal active gas welding (MAG) combined with plasma arc welding (PAW). The pad weld consisted of a buffer layer and a wear-resistant working layer. Cerium, yttrium and lanthanum oxides were added to the powders to modify the working (active) layer. The HV10 hardness and friction coefficient testing was followed by measuring wear tracks and determining wear indicators (maximum wear track depth and area). Yttrium oxide was found to have a remarkably beneficial effect on nickel-based pad welds. In the case of iron-based welds, the most favourable outcome was observed for lanthanum oxide.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań napoin wykonanych z wykorzystaniem materiałów spawalniczych metodą spawania łukowego elektrodą topliwą (MAG – metal active gas of welding) w połączeniu z napawaniem plazmowym (PAW – pasma arc welding). Napoina składała się z warstwy podkładowej (buforowej) oraz trudnościeralnej warstwy roboczej. Warstwę roboczą modyfikowano poprzez wprowadzanie do proszków tlenków ceru, itru i lantanu. Wykonane napoiny poddano pomiarom twardości HV10 oraz przeprowadzono testy tribologiczne, w których wyznaczono współczynnik tarcia. Następnie dokonano pomiarów śladów zużycia i zostały określone wskaźniki zużycia (maksymalna głębokość wytarcia, pole wytarcia). Wykazano korzystne oddziaływanie w szczególności tlenku itru dla napoin na osnowie niklu. W przypadku napoiny na osnowie żelaza najkorzystniejsze oddziaływanie odnotowano dla tlenku lantanu.

Słowa kluczowe

EN

pad welding; rare-earth metals; tribological wear; abrasive resistance

PL

napawanie; metale ziem rzadkich; zużycie tribologiczne; odporność na ścieranie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 2
• Strony: 23--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kasińska Justyna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego Ave. 7, 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2225-0639

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego Ave. 7, 25 314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9892-9181

autor

Rutkowski Sławomir

• Przedsiębiorstwo Wielobranżowe T.S.A. Marcin Górski Sławomir Rutkowski, Przemysłowa Street 41, 37-450 Stalowa Wola
• Rzeszow University of Technology, The Faculty of Mechanics and Technology, Kwiatkowskiego Street 4, 37-450 Stalowa Wola, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9966-6192

Bibliografia

• 1. Naumov A.V.: Review of the world market of rare earth metals. Russian Journal of Non–Ferrous Metals 2008, 49(1), pp. 22–31.
• 2. Longmei Wang, Qin Lin, Jingwen Ji, Denian Lan: New study concerning development of application of rare earth metals. Journal of Alloys and Compounds 2005, 408–412, pp. 384–386.
• 3. Kasińska J.: Wide-ranging influence of mischmetal on properties of G17CrMo5-5 cast steel. Metalurgija 2015, 54 (1), pp. 135–138.
• 4. Kasińska J.: Influence of Rare Earth Metals on Microstructure and Mechanical Properties of G20Mn5 Cast Steel. Archives of Foundry Engineering 2018, (3), pp. 37–42.
• 5. Kasińska J., Myszka D.: Influence of rare earths metals (REM) on the structure and selected properties of grey cast iron. Metalurgija 2020, 59 (4), pp. 459–462.
• 6. Wang K.L., Zhang Q.B., Sun M.L., Wei X.G., Zhu Y.M.: Microstructure and corrosion resistance of laser clad coatings with rare earth elements. Corrosion Science 2001, 43, pp. 255–267.
• 7. Wang X.H., Zhang M., Zhou Z.D., Qu S.Y.: Microstructure and properties of laser clad TiC+ NiCrBSi+ rare earth composite coatings. Surface and Coatings Technology 2002, 161, pp. 195–199.
• 8. Zhao G.M., Wang K.L.: Effect of La2O3 on corrosion resistance of laser clad ferrite-based alloy coatings. Corrosion Science 2006, 48, pp. 273–284.
• 9. Liu Q.B., Zou J.L., Zheng M., Dong C.: Effect of Y2O3 content on microstructure of gradient bioceramic composite coating produced by wide-band laser cladding. J. Rare Earths 2005, 23(4), p. 446.
• 10. Wu C.F., Ma M.X., Liu W.J., Zhong M.L., Zhang H.J., Zhang W.M.: Laser cladding in-situ carbide particle reinforced Fe-based composite coatings with rare earth oxide addition. J. Rare Earths 2009, 27(6), p. 997.
• 11. Yi W., Zheng C.Q., Fan P., Cheng S.H., Li W., Ying G.F.: Effect of rare earth on oxidation resistance of iron base fluxing alloy spray-welding coating. J. Alloys Compd. 2000, 311(1), p. 65.
• 12. Xing X.G., Han Z.J., Wang H.F., Lu P.N.: Electrochemical corrosion resistance of CeO2-Cr/Ti coatings on 304 stainless steel via pack cementation. J. Rare Earths 2015, 33(10), p. 1122.
• 13. Liu Y., Hang, Z., Yang G. et al.: Influence of Rare Earth on the High-Temperature Sliding Wear Behavior of WC-12Co Coating Prepared by HVOF Spraying. J Therm Spray Tech, 2018, 27, pp. 1143-1152.
• 14. Jin J., Sun J., Wang W., Song J., Xu H.: Effect of Rare Earth on Microstructure and Wear Resistance of In-Situ-Synthesized Mo2FeB2 Ceramics-Reinforced Fe-Based Cladding. Materials 2020, 13, p. 3633.
• 15. Nosal S.: Tribology. Introduction to the issues of friction, wear, and lubrication. Poznań 2012.
• 16. Stachowiak A., Tyczewski P., Zwierzycki W.: The application of wear maps for analyzing the results of research into tribocorrosion. Wear 2016, 352–353, pp. 146–154.
• 17. Woś S., Koszela W., Pawlus P., Sȩp J.: The influence of research parameters on friction coefficients for the texturing of both sliding surfaces. Tribologia 2015, 46 (5), pp. 147–154.
• 18. Zawadzki P., Wierzbicka N., Talar R., Burysz Ł.: Tribological properties of hardened surfaces constituted by various methods of mechanical processing. Tribologia 2021, 4, pp. 57–72.
• 19. Kaczor G.: The effect of selected factors on the process of wear under oscillatory motion. Tribologia 2018, 3, pp. 51–58.
• 20. Satet R.L., Hoffmann M.J.: Experimental evidence of the impact of rare-earth elements on particle growth and mechanical behaviour of silicon nitride. J. Am. Ceram. Soc. 2000, 88 (9), pp. 2485–2490.
• 21. Tatarkoa P., Kasiarováa M., Dusza J., Morgielb J., Sajgalíkc P., Hvizdoˇs P.: Wear resistance of hotpressed Si3N4/SiC micro/nanocomposites sintered with rare-earth oxide additives. Wear 2010, 269, pp. 867–874.
• 22. Becher P.F., Painter G.S., Shibata N., Waters S.B., Lin H.T.: Effects of rare-earth(RE) intergranular adsorption on the phase transformation, microstructureevolution, and mechanical properties in silicon nitride with RE2O3+MgOadditives: RE = La, Gd, and Lu. J. Am. Ceram. Soc. 2008, 91 (7), pp. 2328–2336.
• 23. Becher P.F., Shibata N., Painter G.S., Averill F., Van Benthem K., Lin H.-T., Waters S.B.: Observations on the influence of secondary Me oxide additives (Me = Si, Al, Mg) on the microstructural evolution and mechanical behavior of siliconnitride ceramics containing RE2O3(RE = La, Gd, Lu). J. Am. Ceram. Soc. 2010, 93 (2), pp. 570–580.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).