The plasma spraying of Stellite 31-YSZ

• Autorzy: Kubaszek Tadeusz , Kościelniak Barbara , Góral Marek , Paradysz Michał

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2025.12

Warianty tytułu

PL

Natryskiwanie plazmowe materiału kompozytowego Stellite 31-YSZ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the research presented in this article was to study the effect of plasma spraying parameters on the microstructure of coatings made of Stellite 31 doped with YSZ (ZrO2 + Y2O3) ceramic particles. Spraying processes realized by atmospheric plasma spraying (APS) method were performed at 5 different process parameters - standard (I = 500 A, Ar/H2 flow: 66/8 NLPM) and changed current (300 and 700 A) and hydrogen flow (70/4 and 62/12 NLPM). A thickness of 226 μm was obtained for the coating produced with standard spraying parameters and a porosity of 8.45 vol.%. Increasing the current intensity resulted in an increase in coating thickness to more than 250 μm. The lowest porosity was obtained for the coating produced with reduced hydrogen content (5.3 vol.%). The post-coating microstructure had a characteristic lamellar structure consisting of overlapping flattened layers with some pore and oxide content. The main type of porosity observed was interlamellar porosity. The coatings consisted of two main phases; a matrix rich in cobalt, chromium, nickel and tungsten, and a ceramic phase composed of zirconium, yttrium and oxygen (YSZ).

PL

Celem badań przedstawionych w artykule było zbadanie wpływu parametrów natryskiwania plazmowego na mikrostrukturę powłok ze Stellitu 31 z domieszką cząstek ceramicznych YSZ (ZrO2+ Y2O3). Procesy natryskiwania zrealizowano metodą APS przy 5 zróżnicowanych parametrach procesu – standardowym (I=500A, przepływ Ar/H2: 66/8 NLPM) oraz zmienianym natężeniu prądu (300 i 700 A) oraz przepływie wodoru (70/4 i 62/12 NLPM). Dla powłoki wytworzonej przy standardowych parametrach natryskiwania uzyskano grubość wynoszącą 226 μm i porowatość 8,45% obj. Zwiększenie natężenia prądu powodowało wzrost grubości powłoki do ponad 250 m. Najniższą porowatość otrzymano dla powłoki wytworzonej przy zmniejszonej zawartości wodoru (5,3 %). Mikrostruktura powłok miała charakterystyczną, lamelarną budowę składającą się z nachodzących na siebie spłaszczonych warstw z pewną zawartością porów i tlenków. Głównym zaobserwowanym rodzajem porowatości była porowatość międzylamelarna. Same powłoki składały się z dwóch głównych faz; osnowy bogatej w kobalt, chrom, nikiel i wolfram oraz fazy ceramicznej złożonej z cyrkonu, itru i tlenu (YSZ).

Słowa kluczowe

EN

plasma spraying; Stellite 31; YSZ; porosity

PL

natryskiwanie plazmowe; Stellit-31; YSZ; porowatość

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 42, nr 1
• Strony: 135--142
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kubaszek Tadeusz

• Research and Development Laboratory for Aerospace Materials, Rzeszow University of Technology

autor

Kościelniak Barbara

• Research and Development Laboratory for Aerospace Materials, Rzeszow University of Technology

autor

Góral Marek

• Research and Development Laboratory for Aerospace Materials, Rzeszow University of Technology

autor

Paradysz Michał

• Research and Development Laboratory for Aerospace Materials, Rzeszow University of Technology

Bibliografia

• 1. Chi, H., Pans, M. A., Bai, M., Sun, C., Hussain, T., Sun, W., Yao, Y., Lyu, J., & Liu, H. (2021). Experimental investigations on the chlorine-induced corrosion of HVOF thermal sprayed Stellite-6 and NiAl coatings with fluidised bed biomass/anthracite combustion systems. Fuel, 288, Article 119607. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119607
• 2. Cui, G., Cui, H., Zhang, W., Yan, X., Li, J., Kou, Z. (2024). Wear performance of ZrO2 reinforced stellite 6 matrix coatings prepared by laser cladding at elevated temperature. Wear, 556–557, Article 205539. https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205539
• 3. Houdková, Š., Pala, Z., Smazalová, E., Vostřák, M., & Česánek, Z. (2017). Microstructure and sliding wear properties of HVOF sprayed, laser remelted and laser clad Stellite 6 coatings. Surface and Coatings Technology, 318, 129–141. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169887
• 4. Humarán-Sarmiento, V., Martínez-Franco, E., Félix-Martínez, C., & García-Moreno, A. I. (2024). Directed energy deposition of stellite 6/WC-12Co metal matrix composite. Surface and Coatings Technology, 488, Article 131021. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.131021
• 5. Jackson, G. A., Bai, M., Pala, Z., Hussain, T., & Sun, W. (2019). Small punch creep testing of thermally sprayed Stellite 6 coating: A comparative study of as-received vs post-heat treatment. Materials Science and Engineering: A, 749, 137–147. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.02.030
• 6. Jeyaprakash, N., Yang, C. H., Karuppasamy, S. S., & Dhineshkumar, S. R. (2022). Evaluation of microstructure, nanoindentation and corrosion behavior of laser cladded Stellite-6 alloy on Inconel-625 substrate. Materials Today Communications, 31, Article 103370. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103370
• 7. Khorram, A. (2021). Microstructural evolution of laser clad Stellite 31 powder on Inconel 713 LC superalloy. Surface and Coatings Technology, 423, Article 127633. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127633
• 8. Kubaszek, T., Kościelniak, B., Góral, M., Hładun, K., & Świerk, K. (2024). The influence of plasma spraying parameters on structure and properties of Stellite 31-Cr3C2 composite coating. Composites Theory and Practice, 24(3), 181-187. https://doi.org/10.62753/ctp.2024.03.3.3
• 9. Sassatelli, P., Bolelli, G., Gualtieri, M., Heinonen, E., Honkanen, M., Lusvarghi, L., Manfredini, T., Rigon, R., & Vipolla, M. (2018). Properties of HVOF-sprayed Stellite-6 coatings. Surface and Coatings Technology, 338, 45–62. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.01.078
• 10. Seraj, R. A., Abdollah-zadeh, A., Dosta, S., Assadi, H., & Cano, I. G. (2019a). Comparison of Stellite coatings on low carbon steel produced by CGS and HVOF spraying. Surface and Coatings Technology, 372, 299–311. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.05.022
• 11. Seraj, R. A., Abdollah-zadeh, A., Dosta, S., Canales, H., Assadi, H., & Cano, I. G. (2019b). The effect of traverse speed on deposition efficiency of cold sprayed Stellite 21. Surface and Coatings Technology, 366, 24–34. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.03.012
• 12. Singh, P. K., & Mishra S. B. (2020). Studies on solid particle erosion behaviour of D-Gun sprayed WC-Co, Stellite 6 and Stellite 21 coatings on SAE213-T12 boiler steel at 400 °C temperature. Surface and Coatings Technology, 385, Article 125353. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125353
• 13. Suh, J., Chun, Y. B., Jin, H. H., Kang, S. H., & Han, H. N. (2024). Control of the grain structure and wear behavior of a Y2O3 nanoparticle dispersed Stellite 6 alloy fabricated by laser-directed energy deposition. Journal of Alloys and Compounds, 1002, Article 175326. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175326
• 14. Vostřák, M., Tesař, J., Houdková, Š., Smazalová, E., & Hruška, M. (2017). Diagnostic of laser remelting of HVOF sprayed Stellite coatings using an infrared camera. Surface and Coatings Technology, 318, 360–364. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.12.118
• 15. Wang, H., Qiu, Q., Gee, M., Hou, C., Liu, X., & Song, X. (2020). Wear resistance enhancement of HVOF-sprayed WC-Co coating by complete densification of starting powder. Materials & Design, 191, Article 108586. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108586
• 16. Wu, T., Shi, W., Xie, L., Gong, M., Huang, J., Xie, Y., & He, K. (2022). Effects of re-melting process parameters on the forming quality of the Stellite 6/WC laser cladding layer. Optik, 269, Article 169887. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169887

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2026).