Cavitation erosion and sliding wear resistance of HVOF coatings

• Autorzy: Szala M. , Walczak M.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v90i10.948

Warianty tytułu

PL

Odporność na zużycie kawitacyjne i zużycie ścierne powłok natryskiwanych metodą HVOF

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the work was to investigate the resistance to cavitation erosion and sliding wear of as-sprayed HVOF coatings. M(Ni,Co)CrAlY and Cr3C2-NiCr based coatings were deposited using HVOF method onto stainless steel substrate grade AISI 304. As-sprayed coatings’ surface morphology was examined by SEM-EDS and profilometer methods. Cavitation erosion tests were conducted in distilled water with the use of vibratory rig and stationary specimen method. Cavitation erosion curves were plotted as well as cavitational wear mechanism was observed with the use of SEM microscope. Sliding wear tests were performed using the ball-on-disc tribotester with counter-specimen (ball) made of steel 100Cr6. Wear rates and coefficient of friction were computed. Normalized wear resistance with reference to stainless steel reference sample AISI 304 was calculated. In addition, comparable analysis of wear resistance results was conducted. M(Ni,Co)CrAlY coating presented the highest cavitation erosion resistance, therefore Cr3C2-NiCr coating represented the highest sliding wear resistance of all tested materials.

PL

Celem pracy było zbadanie odporności na zużycie kawitacyjne i ścierne powłok natryskiwanych metodą HVOF. Powłoki typu M(Ni,Co)CrAIY oraz Cr3CrNiCr wytworzono na podłożu ze stali odpornej na korozję gatunku AISI 304. Morfologię powłok w stanie po natryskiwaniu scharakteryzowano metodą SEM-EDS (skaningowy mikroskop elektronowy) oraz profilometrycznie. Badania kawitacyjne prowadzono w wodzie destylowanej na stanowisku wibracyjnym ze stacjonarną próbką. Wyznaczono krzywe erozyjne badanych materiałów, powierzchnię zużycia poddano obserwacjom mikroskopowym SEM. Badania odporności na zużycie ścierne przeprowadzono metodą ball-on-disc stosując przeciwpróbkę 100Cr6, wyznaczono współczynniki zużycia i tarcia. Obliczono znormalizowaną odporność na zużycie w odniesieniu do próbki referencyjnej wykonanej ze stali odporniej na korozję AISI 304 oraz dokonano analizy porównawczej odporności na zużycie. Powłoka M(Ni,Co)CrAIY charakteryzowała się najwyższą odpornością na erozję kawitacją natomiast powłoka Cr3CrNiCr wykazała najwyższą odporność na zużycie ścierne.

Słowa kluczowe

EN

cavitation erosion; sliding wear; HVOF; thermal spraying

PL

erozja kawitacyjna; zużycie ścierne; HVOF; natryskiwanie cieplne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 90, nr 10
• Strony: 31--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szala M.

• Lublin University of Technology, Mechanical Engineering Faculty, Lublin, Poland

autor

Walczak M.

• University of Economics and Innovation, Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] N. Jegadeeswaran, M.R. Ramesh, K.U. Bhat, Combating Corrosion Degradation of Turbine Materials Using HVOF Sprayed 25% (Cr3C2-25(Ni20Cr)), International Journal of Corrosion (2013), DOI:10.1155/2013/824659.
• [2] J.R. Davis, Handbook of Thermal Spray Technology, ASM International, OH, USA, 2004.
• [3] A. Klimpel, Napawanie i natryskiwanie cieplne: technologie, WNT, 2009.
• [4] K. Szymański, A. Hernas, G. Moskal, H. Myalska, Thermally sprayed coatings resistant to erosion and corrosion for power plant boilers - A review, Surface and Coatings Technology 268 (2015), 153-164, DOI:10.1016/j.surfcoat.2014.10.046.
• [5] P. Zhang, J.H. Jiang, A.B. Ma, Z.H. Wang, Y.P. Wu, P.H. Lin, Cavitation Erosion Resistance of WC-Cr-Co and Cr3C2-NiCr Coatings Prepared by HVOF, Advanced Materials Research (2007), DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.15-17.199.
• [6] G. Taillon, F. Pougoum, S. Lavigne, L. Ton-That, R. Schulz, E. Bousser, S. Savoie, L. Martinu, J.-E. Klemberg-Sapieha, Cavitation erosion mechanisms in stainless steels and in composite metal-ceramic HVOF coatings, Wear. 364-365 (2016), 201-210, DOI:10.1016/j.wear.2016.07.015.
• [7] P. Zhang, R. Lin Peng, X.-H. Li, S. Johansson, P. Zhang, R. Lin Peng, X.-H. Li, S. Johansson, Investigation of Element Effect on High-Temperature Oxidation of HVOF NiCoCrAlX Coatings, Coatings 8 (2018), 129, DOI:10.3390/coatings8040129.
• [8] W. Zhou, K. Zhou, Y. Li, C. Deng, K. Zeng, High temperature wear performance of HVOF-sprayed Cr3C2-WC-NiCoCrMo and Cr3C2-NiCr hardmetal coatings, Applied Surface Science 416 (2017), 33-44, DOI:10.1016/j.apsusc.2017.04.132.
• [9] S. Saeidi, K.T. Voisey, D.G. McCartney, Mechanical Properties and Microstructure of VPS and HVOF CoNiCrAlY Coatings, J Therm Spray Tech. 20 (2011), 1231-1243, DOI:10.1007/s11666-011-9666-5.
• [10] S. Lavigne, F. Pougoum, S. Savoie, L. Martinu, J.E. Klemberg-Sapieha, R. Schulz, Cavitation erosion behavior of HVOF CaviTec coatings, Wear. 386-387 (2017), 90-98, DOI:10.1016/j.wear.2017.06.003.
• [11] S. Hong, Y. Wu, Q. Wang, G. Ying, G. Li, W. Gao, B. Wang, W. Guo, Microstructure and cavitation-silt erosion behavior of high-velocity oxygen-fuel (HVOF) sprayed Cr3C2-NiCr coating, Surface and Coatings Technology. 225 (2013), 85-91, DOI:10.1016/j.surfcoat.2013.03.020.
• [12] M. Oksa, E. Turunen, T. Suhonen, T. Varis, S.-P. Hannula, M. Oksa, E. Turunen, T. Suhonen, T. Varis, S.-P. Hannula, Optimization and Characterization of High Velocity Oxy-fuel Sprayed Coatings: Techniques, Materials, and Applications, Coatings. 1 (2011), 17-52, DOI:10.3390/coatings1010017.
• [13] M. Szala, T. Hejwowski, Cavitation Erosion Resistance and Wear Mechanism Model of Flame-Sprayed Al2O3-40%TiO2/NiMoAl Cermet Coatings, Coatings. 8 (2018) 254, DOI:10.3390/coatings8070254.
• [14] L. Łatka, M. Szala, M. Michalak, P. Sokołowski, T. Pałka, Impact of atmospheric plasma spray parameters on cavitation erosion resistance of Al2O3-13%TiO2 coatings, Acta Physica Polonica A. w druku (2019).
• [15] A. Kumar, J. Boy, R. Zatorski, L.D. Stephenson, Thermal spray and weld repair alloys for the repair of cavitation damage in turbines and pumps: A technical note, (2005) 177-182, http://link.springer.com/article/10.1361/10599630523737 (accessed June 12, 2013).
• [16] M. Szkodo, Erozja kawitacyjna materiałów konstrukcyjnych metalowych, Wydawn. Politechniki Gdańskiej, 2008.
• [17] M. Szala, Powłoki zwiększające odporność na erozję kawitacyjną elementów maszyn i urządzeń, Rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska, Lublin, Polska, 2016.
• [18] M. Szala, T.J. Hejwowski, Zwiększanie odporności kawitacyjnej stopów metali przez napawanie powłok, Welding Technology Review (2015), vol. 87 (9), 56-60.
• [19] M. Walczak, D. Pieniak, M. Zwierzchowski, The tribological characteristics of SiC particle reinforced aluminium composites, Archives of Civil and Mechanical Engineering 15 (2015), 116-123, DOI:10.1016/j.acme.2014.05.003.
• [20] J.A. Cabral-Miramontes, C. Gaona-Tiburcio, F. Almeraya-Calderón, F.H. Estupiñan-Lopez, G.K. Pedraza-Basulto, C.A. Poblano-Salas, Parameter Studies on High-Velocity Oxy-Fuel Spraying of CoNiCrAlY Coatings Used in the Aeronautical Industry, International Journal of Corrosion (2014), DOI:10.1155/2014/703806.
• [21] M. Xie, Y. Lin, P. Ke, S. Wang, S. Zhang, Z. Zhen, L. Ge, M. Xie, Y. Lin, P. Ke, S. Wang, S. Zhang, Z. Zhen, L. Ge, Influence of Process Parameters on High Velocity Oxy-Fuel Sprayed Cr3C2-25%NiCr Coatings, Coatings 7 (2017), 98, DOI:10.3390/coatings7070098.
• [22] M. Szala, Application of computer image analysis software for determining incubation period of cavitation erosion – preliminary results, 15 (2017), 06003, DOI:10.1051/itmconf/20171506003.
• [23] J. Chmiel, R. Jasionowski, D. Zasada, Cavitation Erosion and Corrosion of Pearlitic Gray Cast Iron in Non-Standardized Cavitation Conditions, Solid State Phenomena (2015), DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.225.19.
• [24] S. Hattori, N. Mikami, Cavitation erosion resistance of stellite alloy weld overlays, Wear. 267 (2009), 1954-1960. DOI:10.1016/j.wear.2009.05.007.
• [25] M. Szala, T. Hejwowski, I. Lenart, Cavitation erosion resistance of Ni-Co based coatings, Adv. Sci. Technol. Res. J. 8 (2014), 36-42, DOI:10.12913/22998624.1091876.

Uwagi

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