A Comparison of Tribological Performances of Al2O3 and Al2O3 + 40 WT. % Tio2 Coatings Manufactured by Atmospheric Plasma Spraying

• Autorzy: Niemiec Aneta , Michalak Monika , Łatka Leszek , Sokołowski Paweł

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5966

Warianty tytułu

PL

Porównanie właściwości tribologicznych powłok Al2o3 oraz Al2o3 + 40% wag . Tio2 wytworzonych metodą atmosferycznego natryskiwania plazmowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the results of tribological, microscopic and mechanical research of Al2O3 and Al2O3 + 40 wt.% TiO2 coatings manufactured by atmospheric plasma spraying (APS) were presented. The feedstock materials were Al2O3 (Metco 6103, Oerlikon Metco) and Al2O3 + 40 wt.% TiO2 (Metco 131VF, Oerlikon Metco) powders with the average grain size of 30 μm. The stainless steel (X5CrNi18-10) coupons had a diameter equal to 25 mm and 2 mm of thickness. The morphology and microstructure of obtained coatings were tested by scanning electron microscope (SEM). Then adhesion tests and tribological examinations by ball-on-disc (BoD) mode in technical dry friction conditions were carried out. During BoD testing, the load of 5 N was used. It was concluded that the Al2O3 coating was characterized by higher wear resistance and microhardness, but, at the same time, it was of lower fracture toughness than the Al2O3 + 40 wt.% TiO2 coating.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych, mikroskopowych oraz mechanicznych powłok Al2O3 oraz Al2O3 + 40% wag. TiO2, natryskanych metodą atmosferycznego natryskiwania cieplnego (APS). Materiałem na powłoki były proszki Al2O3 (Metco 6103, Oerlikon Metco) oraz Al2O3 + 40% wag. TiO2 (Metco 131VF, Oerlikon Metco) o średniej wielkości cząstek wynoszącej 30 μm. Jako podłoże zostały użyte krążki ze stali austenitycznej X5CrNi18-10 o średnicy 25 mm i grubości 2 mm. Morfologię i mikrostrukturę uzyskanych powłok oceniono przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Po określeniu przyczepności powłok wykonano badania tribologiczne w styku kula–tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego. Zastosowano obciążenie 5 N. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że powłoki na bazie Al2O3 wykazują większą odporność na zużycie ścierne oraz wyższą mikrotwardość, ale jednocześnie mniejszą odporność na kruche pękanie (KIC) w porównaniu z powłokami na bazie Al2O3 + 40% wag. TiO2.

Słowa kluczowe

EN

plasma spraying; coating; microstructure; wear resistance; microhardness

PL

natryskiwanie plazmowe; powłoka; mikrostruktura; odporność na zużycie ścierne; mikrotwardość

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 4
• Strony: 63--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Niemiec Aneta

• Wrocław University of Science and Technology, Department of Fundamentals of Machines Construction and Tribology

autor

Michalak Monika

• Wrocław University of Science and Technology, Department of Materials Science, Strength and Welding

autor

Łatka Leszek

• Wrocław University of Science and Technology, Department of Materials Science, Strength and Welding

autor

Sokołowski Paweł

• Wrocław University of Science and Technology, Department of Materials Science, Strength and Welding

Bibliografia

• 1. Berger L. M., Sempf K., Sohn Y. J., Vassen R.: Influence of Feedstock Powder Modification by Heat Treatmentson the Properties of APS-Sprayed Al2O3-40% TiO2 Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, 27, 2018,pp. 654–666.
• 2. Vardelle A. i in.: The 2016 Thermal Spray Roadmap, Journal of Thermal Spray Technology, 25, 8 (2018), pp. 1376––1440.
• 3. Global Thermal Spray Market – Segmented by Product Type, By End-User Industry, and Geography – Trends andForecasts (2015–2020), (2016), Growth Report Analysis, Mordor Intelligence.
• 4. Toma F. L., Berger L.- M., Stahr C. C., Naumann T., Langner S.: Microstructures and Functional Properties ofSuspension-Sprayed Al2O3 and TiO2 Coatings: An Overview, Journal of Thermal Spray Technology, 19, 1–2(2010), pp. 262–274.
• 5. Góral A., Żórawski W.: Charakterystyka mikrostruktury powłok Ni-Al2O3 natryskanych zimnym gazem, PrzeglądSpawalnictwa, 87, 9 (2015), pp. 34–37.
• 6. Maruszczyk A., Dudek A., Szala M.: Research into morphology and properties of TiO2 – NiAl atmospheric plasmasprayed coating, Advances in Science and Technology Research Journal, 11, 3 (2017), pp. 204–210.
• 7. Vargas F., Ageorges H., Fournier P., Fauchais P., López M. E.: Mechanical and tribological performance of Al2O3–TiO2 coatings elaborated by flame and plasma spraying, Surface and Coatings Technology, 205, 4 (2010), pp. 1132––1136.
• 8. Jordan E. H., Gell M., Sohn Y. H., Goberman D., Shaw L., Jiang S., Wang M., Xiao T. D., Wang Y., Strutt P.:Fabrication and evaluation of plasma sprayed nanostructured alumina–titania coatings with superior properties,Materials Science and Engineering: A, 301, 1 (2001), pp. 80–89.
• 9. Di Girolamo G., Serra E.: Anti-Abrasive Nanocoatings: Current and Future Applications, 20 – Thermally sprayednanostructured coatings for anti-wear and TBC applications: State-of-the-art and future perspectives, WoodheadPublishing, UK, Cambridge, 2015. 9. (2014), pp. 14267–14277.
• 10. Sert Y., Toplan N.: Tribological behavior of a plasma-sprayed Al2O3-TiO2-Cr2O3 coating, Materials and Technology,47, 2 (2013), pp. 181–183.
• 11. Zavareh M. A., Sarhan A. A. D. M., Razak B. B. A., Basirun W. J.: Plasma thermal spray of ceramic oxide coating oncarbon steel with enhanced wear and corrosion resistance for oil and gas applications, Ceramics International, 40,
• 12. Bannier E., Vicent M., Rayón E., Benavente R., Salvador M. D., Sánchez E.: Effect of TiO2 addition on themicrostructure and nanomechanical properties of Al2O3 Suspension Plasma Sprayed coatings, Applied SurfaceScience, 316, 15 (2014), pp. 141–146.
• 13. Łatka L., Goryachev S. B., Kozerski S., Pawłowski L.: Sintering of fine particles in suspension plasma sprayedcoatings, Materials, 3 (2010), pp. 3845–3866.
• 14. PN-EN ISO 10088-1:2014-12: Stale odporne na korozję – Część 1: Wykaz stali odpornych na korozję, 2014.
• 15. FEPA-Standard 42-1:2006: Grains of fused aluminium oxide, silicon carbide and other abrasive materials forbonded abrasives and for general industrial applications Macrogrits F 4 to F 220, 2006.
• 16. ASTM E2109-01(2014) Standard Test Methods for Determining Area Percentage Porosity in Thermal SprayedCoatings, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014.
• 17. ASTM G99-17 (2017) Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus, ASTM International,West Conshohocken, PA, 2017.
• 18. PN-EN ISO 4516:2004, Powłoki metalowe i inne nieorganiczne – Badania mikrotwardości metodą Vickersai Knoopa, 2004.
• 19. PN-EN ISO 14916:2017-05 – Natryskiwanie cieplne – Określanie przyczepności metodą odrywania, 2017.
• 20. PN-EN ISO 14577-4:2017-02 – Metale – Instrumentalna próba wciskania wgłębnika do określania twardościi innych własności materiałów – Część 4: Metoda badania metalowych i niemetalowych powłok, 2017.
• 21. Pędzich Z., Piekarczyk J., Stobieralski L., Szutkowska M., Walat E.: Twardość Vickersa i odporność na kruchepękanie wybranych kompozytów ceramicznych, Kompozyty, 3, 2003, pp. 296–300.
• 22. Palmqvist S.: Occurrence of crack formation during Vickers indentation as a measure of the toughness of hardmetals, Archiv für das Eisenhüttenwesen, 33, 1962, pp. 629–633.
• 23. Munz D., Felt T.: Ceramics: mechanical properties, failure behaviour, materials selection, Springer, US, NewYork 1999.
• 24. Niihara K.: A fracture mechanics analysis of indentation-induced Palmqvist crack in ceramics, Journal of MaterialsScience Letters, 2, 1983, pp. 221–223.
• 25. Anstis G. R., Chantikul P., Lawn B. R., Marshall D. B.: A critical evaluation of indentation techniques formeasuring fracture toughness: I, Direct crack measurements, Journal of the American Ceramic Society, 64, 1981,pp. 533–538.
• 26. Vijay M., Selvarajan V., Yugeswaran S., Ananthapadmanabhan P. V., Sreekumar K. P.: Effect of Spraying Parameterson Deposition Efficiency and Wear Behavior of Plasma Sprayed Alumina-Titania Composite Coatings, PlasmaScience and Technology, 11, 6 (2009), pp. 666–673.
• 27. Łatka L., Niemiec A., Michalak M., Sokołowski P.: Tribological properties of Al2O3 + TiO2 coatings manufacturedby plasma spraying, Tribology, 283, 1 (2019), pp. 19–24.
• 28. Djendel M., Allaoui O., Boubaaya R.: Characterization of Alumina-Titania Coatings Produced by AtmosphericPlasma Spraying on 304 SS Steel, Acta Physica Polonica A, 132, 3 (2017), pp. 538–540.
• 29. Bolelli G., Cannillo V., Lusvarghi L., Manfredini T.: Wear behaviour of thermally sprayed ceramic oxide coatings,Wear, 261 (2006), pp. 1298–1315.
• 30. Ghazali M. J., Forghani S. M., Hassanuddin N., Muchtar A., Daud A. R.: Comparative wear study of plasma sprayedTiO2 and Al2O3-TiO2 on mild steel, Tribology International, 93 (2016), pp. 681–686.
• 31. Wang Y., Jiang S., Wang M., Wang S., Xiao T., Strutt P.: Abrasive wear characteristics of plasma sprayednanostructured alumina/titania coatings, Wear, 237 (2000), pp. 176–185.
• 32. Normand B., Fervel V., Coddet C., Nikitine V.: Tribological properties of plasma sprayed alumina-titania coatings:role and control of the microstructure, Surface and Coatings Technology, 123 (2000), pp. 278–287.
• 33. Sahab A. R. M., Saad N. H., Kasolang S., Saedon J.: Impact of Plasma Spray Variables Parameters on Mechanicaland Wear Behaviour of Plasma Sprayed Al2O3 3%wt TiO2 Coating in Abrasion and Erosion Application, ProcediaEngineering, 41 (2012), pp. 1689–1695.
• 34. Liu Y., Fischer T., Dent A.: Comparison of HVOF and plasma-sprayed alumina/titania coatings – microstructure,mechanical properties and abrasion behavior, Surface and Coatings Technology, 167 (2003), pp. 68–76.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).