PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Cavitation erosion phenomenological model of MCrAlY and NiCrMoNbTa metallic coatings deposited via the HVOF method

Autorzy
Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Fenomenologiczny model erozji kawitacyjnej metalowych powłok MCrAlY I NiCrMoNbTa natryskiwanych metodą HVOF
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
The work describes the phenomenological model of cavitation erosion (CE) elaborated for MCrAlY (where M = Co, Ni or Co/Ni) and NiCrMoNbTa. Coatings were deposited via the HVOF method from CoNiCrAlY, NiCoCrAlY and NiCrMoNbTa feedstock powders. CE tests, conducted according to ASTM G32 standard, indicate that MCrAlYs have a 50% higher maximum erosion rate and twice lower CE resistance than the NiCrMoNbTa coating. CE kinetics of coatings were comparatively studied, combining the mass loss, erosion rate, roughness changes of the eroded surface with microstructure, and mechanical properties of the coatings. Results of SEM analysis of damaged coatings allow identifying the mechanism of CE. In the case of both types of coatings, the erosive damage is initiated at the removal of loose splats, cracking at the border splats and peeling off the coating material, and surface pitting. However, NiCrMoNbTa, due to higher ductility and microstructure homogeneity, presents lesser surface pitting contrary to the MCrAlYs, which have multiphase microstructure higher hardness and consequently was prone to cracking, resulting in the formation of craters and higher surface roughening. The CE mechanism of MCrAlYs was dominated by the brittle mode, while the NiCrMoNbTa coating has mainly a ductile damage behaviour.
PL
W pracy opisano fenomenologiczny model erozji kawitacyjnej (EK) opracowany dla powłok MCrAlY (gdzie M = Co, Ni lub Co/Ni) i NiCrMoNbTa. Powłoki wytworzono metodą HVOF z komercyjnych proszków CoNiCrAlY, NiCoCrAlY i NiCrMoNbTa. Testy erozji kawitacyjnej, przeprowadzone zgodnie z normą ASTM G32, wskazują, że MCrAlY mają o 50% wyższą prędkość erozji i dwukrotnie niższą odporność EK niż powłoka NiCrMoNbTa. Kinetyka erozji kawitacyjnej powłok została poddana analizie porównawczej syntetyzującej utratę masy, szybkość erozji, zmiany chropowatości erodowanej powierzchni z mikrostrukturą oraz właściwościami mechanicznymi badanych powłok. Wyniki analizy SEM uszkodzonych powłok umożliwiły zidentyfikowanie mechanizmu EK. Uszkodzenie erozyjne powłok inicjowane jest w wyniku usuwaniu słabo umocowany cząstek materiału, pękaniu na granicach lameli następnie usuwaniu materiału i tworzeniu wżerów. Jednak NiCrMoNbTa ze względu na wyższą ciągliwość i jednorodność mikrostruktury wykazuje mniejsze wżery powierzchniowe w przeciwieństwie do MCrAlYs, które cechują się wielofazową mikrostruktura o wyższej twardości i w konsekwencji są podatne na pękanie, co powoduje powstawanie dużych wżerów i wyższe chropowacenie powierzchni. Mechanizm erozji kawitacyjnej powłok MCrAlY jest zdominowana przez kruche pękanie, natomiast w przypadku powłoki NiCrMoNbTa dominuje plastyczne odkształcenie.
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
45--55
Opis fizyczny
Bibliogr. 35 poz., rys., tab., wykr., wz.
Twórcy
  • Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Materials Engineering, Nadbystrzycka 36D Street, 20-618 Lublin, Poland
Bibliografia
  • 1. Łatka L., Niemiec A., Michalak M., Sokołowski P.: Tribological Properties of Al2O3 + TiO2 Coatings Manufactured by Plasma Spraying. Tribologia 2019; 283:19–24. https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.1431.
  • 2. Czupryński A.: Flame Spraying of Aluminum Coatings Reinforced with Particles of Carbonaceous Materials as an Alternative for Laser Cladding Technologies. Materials 2019;12:3467. https://doi.org/10.3390/ma12213467.
  • 3. Jonda E., Łatka L.: Comparative Analysis of Mechanical Properties of WC-based Cermet Coatings Sprayed by HVOF onto AZ31 Magnesium Alloy Substrates. Adv Sci Technol Res J 2021; 15:57–64. https://doi.org/10.12913/22998624/135979.
  • 4. Górka J, Czupryński A. The properties and structure of arc sprayed coatings alloy of Fe-Cr-Ti-Si- mN. International Journal of Modern Manufacturing Technologies 2016;8:35–40.
  • 5. Ren Y., Hou G., An Y., Zhao X., Wang Y., Zhou H., et al.: Influence of atomic migration mode at different temperatures on the microstructure, mechanical and cavitation erosion behaviors of Cobased alloy coating. Journal of Alloys and Compounds 2021;866:158989. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158989.
  • 6. Ding X, Ke D, Yuan C, Ding Z, Cheng X.: Microstructure and Cavitation Erosion Resistance of HVOF Deposited WC-Co Coatings with Different Sized WC. Coatings 2018;8:307. https://doi.org/10.3390/coatings8090307.
  • 7. Lavigne S., Pougoum F., Savoie S., Martinu L., Klemberg-Sapieha J.E., Schulz R.: Cavitation erosion behavior of HVOF CaviTec coatings. Wear 2017;386–387:90–8. https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.06.003.
  • 8. Szala M., Łatka L., Awtoniuk M., Winnicki M., Michalak M.: Neural Modelling of APS Thermal Spray Process Parameters for Optimizing the Hardness, Porosity and Cavitation Erosion Resistance of Al2O3-13 wt% TiO2 Coatings. Processes 2020;8:1544. https://doi.org/10.3390/pr8121544.
  • 9. Zakrzewska D.E., Krella A.K.: Cavitation Erosion Resistance Influence of Material Properties. Advances in Materials Science 2019;19:18–34. https://doi.org/10.2478/adms-2019-0019.
  • 10. Oksa M., Turunen E., Suhonen T., Varis T., Hannula S.P.: Optimization and characterization of high velocity oxy-fuel sprayed coatings: Techniques, materials, and applications. Coatings 2011;1:17–52. https://doi.org/10.3390/coatings1010017.
  • 11. Tzanakis I., Bolzoni L., Eskin D.G., Hadfield M.: Evaluation of Cavitation Erosion Behavior of Commercial Steel Grades Used in the Design of Fluid Machinery. Metall Mater Trans A 2017;48:2193–206. https://doi.org/10.1007/s11661-017-4004-2.
  • 12. Hattori S., Mikami N.: Cavitation erosion resistance of stellite alloy weld overlays. Wear 2009;267:1954–60. https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.05.007.
  • 13. Ronzani A.G., Pukasiewicz A.G.M., da Silva Custodio R.M., de Vasconcelos G., de Oliveira A.C.C.: Cavitation resistance of tungsten carbide applied on AISI 1020 steel by HVOF and remelted with CO2laser. J Braz Soc Mech Sci Eng 2020;42:316. https://doi.org/10.1007/s40430-020-02382-7.
  • 14. Varis T., Suhonen T., Laakso J., Jokipii M., Vuoristo P.: Evaluation of Residual Stresses and Their Influence on Cavitation Erosion Resistance of High Kinetic HVOF and HVAF-Sprayed WC-CoCr Coatings. Journal of Thermal Spray Technology 2020;29:1365–81. https://doi.org/10.1007/s11666-020-01037-2.
  • 15. Korobov Yu, Alwan H., Soboleva N., Makarov A., Lezhnin N., Shumyakov V., et al.: Cavitation Resistance of WC-10Co4Cr and WC-20CrC-7Ni HVAF Coatings. J Therm Spray Tech 2021. https://doi.org/10.1007/s11666-021-01242-7.
  • 16. Szala M., Chocyk D., Skic A., Kamiński M., Macek W., Turek M.: Effect of Nitrogen Ion Implantation on the Cavitation Erosion Resistance and Cobalt-Based Solid Solution Phase Transformations of HIPed Stellite 6. Materials 2021;14:2324. https://doi.org/10.3390/ma14092324.
  • 17. Caccese V., Light K.H., Berube K.A.: Cavitation erosion resistance of various material systems. Ships and Offshore Structures 2006;1:309–22. https://doi.org/10.1533/saos.2006.0136.
  • 18. Grist E.: Cavitation And The Centrifugal Pump: A Guide For Pump Users. CRC Press; 1998.
  • 19. Szala M., Walczak M., Hejwowski T.: Factors Influencing Cavitation Erosion of NiCrSiB Hardfacings Deposited by Oxy-Acetylene Powder Welding on Grey Cast Iron. Adv Sci Technol Res J 2021;15:376–86. https://doi.org/10.12913/22998624/143304.
  • 20. Kekes D., Psyllaki P., Vardavoulias M., Vekinis G.: Wear micro-mechanisms of composite WC-Co/Cr-NiCrFeBSiC coatings.Part II: Cavitation erosion. Tribology in Industry 2014;36:375–83.
  • 21. Szala M., Walczak M., Łatka L., Gancarczyk K., Özkan D.: Cavitation Erosion and Sliding Wear of MCrAlY and NiCrMo Coatings Deposited by HVOF Thermal Spraying. Advances in Materials Science 2020;20:26–38. https://doi.org/10.2478/adms-2020-0008.
  • 22. Szala M., Hejwowski T.: Cavitation Erosion Resistance and Wear Mechanism Model of FlameSprayed Al2O3-40%TiO2/NiMoAl Cermet Coatings. Coatings 2018;8:254. https://doi.org/10.3390/coatings8070254.
  • 23. Deng W., Hou G., Li S, Han J., Zhao X., Liu X., et al.: A new methodology to prepare ceramic-organic composite coatings with good cavitation erosion resistance. Ultrasonics Sonochemistry 2018;44:115–9. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.02.018.
  • 24. Du J., Zhang J., Zhang C.: Effect of Heat Treatment on the Cavitation Erosion Performance of WC–12Co Coatings. Coatings 2019;9:690. https://doi.org/10.3390/coatings9100690.
  • 25. Ding X., Huang Y., Yuan C., Ding Z.: Deposition and cavitation erosion behavior of multimodal WC-10Co4Cr coatings sprayed by HVOF. Surface and Coatings Technology 2020;392:125757. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125757.
  • 26. Arora H.S., Rani M., Perumal G., Singh H., Grewal H.S.: Enhanced Cavitation Erosion–Corrosion Resistance of High-Velocity Oxy-Fuel-Sprayed Ni-Cr-Al2O3 Coatings Through Stationary Friction Processing. J Therm Spray Tech 2020;29:1183–94. https://doi.org/10.1007/s11666-020-01050-5.
  • 27. Hao E., An Y., Liu X., Wang Y., Zhou H., Yan F.: Effect of annealing treatment on microstructures, mechanical properties and cavitation erosion performance of high velocity oxy-fuel sprayed NiCoCrAlYTa coating. Journal of Materials Science & Technology 2020;53:19–31. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.03.030.
  • 28. Szala M., Walczak M., Świetlicki A.: Effect of Microstructure and Hardness on Cavitation Erosion and Dry Sliding Wear of HVOF Deposited CoNiCrAlY, NiCoCrAlY and NiCrMoNbTa Coatings. Materials 2022;15:93. https://doi.org/10.3390/ma15010093.
  • 29. ASTM G32-16 Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus 2016. https://doi.org/10.1520/G0032-16.
  • 30. Fatyukhin D.S., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Sukhov A.V., Sundukov S.K.: A Comparison of the Effects of Ultrasonic Cavitation on the Surfaces of 45 and 40Kh Steels. Metals 2022;12:138. https://doi.org/10.3390/met12010138.
  • 31. Rostova H., Voyevodin V., Vasilenko R., Kolodiy I., Kovalenko V., Marinin V., et al.: Cavitation wear of Eurofer 97, Cr18Ni10Ti and 42H NM alloys. Acta Polytechnica 2021;61:762–7. https://doi.org/10.14311/AP.2021.61.0762.
  • 32. Szala M., Świetlicki A., Sofińska-Chmiel W.: Cavitation erosion of electrostatic spray polyester coatings with different surface finish. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences 2021;69:e137519. https://doi.org/10.24425/bpasts.2021.137519.
  • 33. Łatka L., Michalak M., Szala M., Walczak M., Sokołowski P., Ambroziak A.: Influence of 13 wt% TiO2 content in alumina-titania powders on microstructure, sliding wear and cavitation erosion resistance of APS sprayed coatings. Surface and Coatings Technology 2021;410:126979. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.126979.
  • 34. Szala M., Dudek A., Maruszczyk A., Walczak M., Chmiel J., Kowal M.: Effect of atmospheric plasma sprayed TiO2-10% NiAl cermet coating thickness on cavitation erosion, sliding and abrasive wear resistance. Acta Phys Pol A 2019;136:335–41. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.136.335.
  • 35. Derelizade K., Rincon A., Venturi F., Wellman R.G., Kholobysov A., Hussain T.: High temperature (900°C) sliding wear of CrNiAlCY coatings deposited by high velocity oxy fuel thermal spray. Surface and Coatings Technology 2022:128063. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.128063.
Uwagi
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-d212861d-1d9c-46ae-8fdf-9f95993dd49b
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.