Porównanie mikrostruktury i odporności na korozję powłok natryskiwanych metodą HVOF (high velocity oxy fuel) na podłoże ze stopu magnezu

• Autorzy: Jaworska Justyna , Gruszka Magdalena , Nabrdalik Monika , Marcinkowski Marcin , Mikołejko Wojciech , Augustyn Ewelina , Jonda Ewa , Maciej Artur , Kiljan Anna

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2022.4.3

Warianty tytułu

EN

Comparison of microstructure and corrosion resistance of coatings sprayed by HVOF (high velocity oxy fuel) onto magnesium alloy substrate

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Stopy magnezu ze względu na korzystny stosunek niskiej masy do dobrych własności mechanicznych coraz powszechniej są stosowane w przemyśle. Przeszkodę w ich aplikacji może stanowić reaktywność chemiczna magnezu, a więc jego wysoka podatność na korozję. Powłoki natryskiwane cieplnie metodą HVOF (high velocity oxy fuel) pozwalają wytworzyć szczelną barierę pomiędzy materiałem podłoża a środowiskiem, dzięki czemu mogą stanowić skuteczną ochronę stopów magnezu. W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury oraz wybranych własności dwóch powłok natryskiwanych przy wykorzystaniu komercyjnych proszków WC-Co i WC-Cr3C2-Ni metodą HVOF na podłożu ze stopu magnezu AZ91. Celem pracy było porównanie mikrostruktury, wybranych własności oraz odporności na korozję wytworzonych powłok. Na podstawie wyników badań mikroskopowych stwierdzono, że powłoki charakteryzują się zwartą mikrostrukturą, a twarde cząstki WC oraz Cr3C2 są równomiernie rozłożone w całej objętości powłoki. Powłoka WC-Co charakteryzuje się ponadto wyższą odpornością korozyjną oraz mikrotwardością, jednak cechuje ją mniejsza wydajność natryskiwania i chropowatość w porównaniu z powłoką WC-Cr3C2-Ni.

EN

Due to the promising ratio of low weight to good mechanical properties, magnesium alloys are more and more widely used in industry. An obstacle in their application may be the chemical reactivity of magnesium, and therefore its high susceptibility to corrosion. Thermal sprayed coatings with the HVOF (high velocity oxy fuel) method allow creating a tight barrier between the base material and the environment, which can effectively protect magnesium alloys. The article presents the results of research on the microstructure and selected properties of two sprayed coatings with the use of commercial WC-Co and WC-Cr3C2-Ni powders using the HVOF method on the substrate made of AZ91 magnesium alloy. The work aimed to compare the microstructure, selected properties, and corrosion resistance of the produced coatings. Based on the results of the metallographic research, it was found that the coatings are characterized by a dense microstructure, and the hard particles of the WC and Cr3C2 are evenly distributed throughout the entire volume of the coating. Also the WC-Co coating is characterized by higher corrosion resistance and microhardness however, it has a lower spray efficiency and roughness compared to the WC-Cr3C2-Ni coating.

Słowa kluczowe

PL

natryskiwanie cieplne HVOF; porowatość; mikrostruktura; mikrotwardość; odporność na korozję

EN

HVOF thermal spraying; microstructure; porosity; microhardness; corrosion resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 4
• Strony: 112--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Jaworska Justyna

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Gruszka Magdalena

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Nabrdalik Monika

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Marcinkowski Marcin

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Mikołejko Wojciech

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Augustyn Ewelina

• Student of Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

autor

Jonda Ewa

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

• https://orcid.org/0000-0002-4121-4270

autor

Maciej Artur

• Silesian University of Technology, Faculty of Chemistry, Department of Inorganic Chemistry, Analytical Chemistry and Electrochemistry

• https://orcid.org/0000-0001-5849-7265

autor

Kiljan Anna

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials

• https://orcid.org/0000-0002-1560-3408

Bibliografia

• [1] Klimpel A. 2000. Napawanie i natryskiwanie cieplne. Warszawa: WNT.
• [2] Aguero F., Camon J., Garcıa de Blas J.C., del Hoyo R., Muelas A., Santaballa S., Valles P. 2011. “HVOF-Deposited WCCoCr as Replacement for Hard Cr in Landing Gear Actuators”. Journal of Thermal Spray Technology 20/6: 1292–1309.
• [3] Bang S.S., Park Y.C.L, Lee J.W., Hyun S.K., Kim T.B., Lee J.K., Han J.W., Jung T.K. 2018. “Effect of the Spray Distance on the Properties of High Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) Sprayed WC-12Co Coatings”. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 18: 1931–1934.
• [4] Białobrzeski A., Czekaj E., Heller M. 2002.„Właściwości korozyjne stopów aluminium i magnezu przetwarzanych technologią odlewania ciśnieniowego”. Archiwum Odlewnictwa 2/3: 294–312.
• [5] Bulnes G., Fuentes V.A., Cano I.G., Dosta S. 2020. “Understanding the Influence of High Velocity Thermal Spray Techniques on the Properties of Different Anti-Wear WC-Based Coatings”. Coatings 10: 1157–1160.
• [6] da Silva F.S., Cinca N., Dosta S., Cano I.G., Couto M., Guilemany J.M., Benedetti A.V. 2018. “Corrosion Behavior of WC-Co Coatings Deposited by Cold Gas Spray onto AA 7075-T6”. Corrosion Science 136: 231–243.
• [7] Dobrzański L. 2008. Metaloznawstwo opisowe stopów metali nieżelaznych. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.
• [8] Dziadoń A. 2012. Magnez i jego stopy. Kielce: Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej.
• [9] Eickhoff L.M., Pedrali P.C. 2021. “Study and Characterization of the Alloy WC-Co-Cr Deposited by HVOF”. Materials Today 45/5: 4315–4320.
• [10] García-Rodríguez S., Torres B., López A.J., Otero E., Rams J. 2019. “Characterization and Mechanical Properties of Stainless Steel Coatings Deposited by HVOF on ZE41 Magnesium Alloy”. Surface and Coatings Technology 359: 73–84.
• [11] Ghosh G., Sidpara A., Bandyopadhyay P.P. 2018. “High Efficiency Chemical Assisted Nanofinishing of HVOF Sprayed WC-Co Coating”. Surface and Coatings Technology 334: 204–214.
• [12] Ghosh G., Sidpara A., Bandyopadhyay P.P. 2019. “Understanding the Role of Sur- face Roughness on the Tribological Performance and Corrosion Resistance of WC-Co Coating”. Surface and Coatings Technology 398: 236–245.
• [13] Goyal A.K., Sapate S.G., Mehar S., Vashishtha N., Bagde P., Rathod A. 2019. “Tribological Properties of HVOF Sprayed WC-Cr3C2-Ni Coating”. Material Research Express 6: 45–60.
• [14] https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-high-velocity-oxygen-fuel-coating (dostęp: 13.12.2021).
• [15] Javed M.A., Ang A.S.M., Bhadra C.M., Piola R., Neil W.C., Berndt C.C., Leigh M., Howse H., Wade S.A. 2021. “Corrosion and Mechanical Performance of HVOF WC-based Coatings with Alloyed Nickel Binder for Use in Marine Hydraulic Applications”. Surface and Coatings Technology 418: 857–870.
• [16] Jonda E., Łatka L., Tomiczek A., Godzierz M., Pakieła W., Nuckowski P. 2022. “Microstructure Investigation of WC-Based Coatings Prepared by HVOF onto AZ31 Substrate”. Materials 15/40: 40–55.
• [17] Loukil N. 2021. “Alloying Elements of Magnesium Alloys: A Literature Review”. https://www.intechopen.com/chapters/75298 (dostęp: 13.12.2021).
• [18] Madej M., Ozimina M. 2011.„Właściwości powłok kompozytowych natryskiwanych naddźwiękowo metodą HP/HVOF”. Inżynieria Maszyn 16/4:52–74.
• [19] Murariu A.C., Plesu N., Perianu I., Tară-Lungă-Mihali N. 2017. “Investigations on Corrosion Behaviour of WC-CrC-Ni Coatings Deposited by HVOF Thermal Spraying Process”. International Journal of Electrochemical Science 12: 1535– 1549.
• [20] Niedzielska M., Chmielewski T. 2017. „Warunki natryskiwania HVOF powłoki Cr3C2-NiCr na stal 316L”. Przegląd Spawalnictwa 89/3: 46–50.
• [21] Ozbek Y.Y., Canikoğlu N., İpek M. 2017. “The Surface Properties of WC-Co-Cr Based Coatings Deposited by High. Velocity Oxygen Fuel Spraying”.Acta Physica Polonica A 131/1: 186–189.
• [22] Parco M., Zhao L., Zwick J., Bobzin K., Lugscheider E. 2006. “Investigation of HVOF Spraying on Magnesium Alloys”. Surface and Coatings Technology 201/6: 3269–3274.
• [23] Piątkowski J., Binczyk F. 2002. „Właściwości i zastosowanie odlewniczych stopów Mg-Al”. Archiwum Odlewnictwa 2/4: 426–433.
• [24] Przybyłowicz K. 1999. Metaloznawstwo. Warszawa: WNT.
• [25] Somasundaram B., Patil V.G., Ramesh M.R., Kandaiah S., Jegadeeswaran N. 2022. “Microstructure Characteristics and Properties of WC-CrC-Ni HVOF Coating for Boiler Tube Steel”. Materials Today: Proceedings 54: 366–371.
• [26] Song B., Murray J.W., Wellman R.G., Pala Z., Hussain T. 2020. “Dry Sliding Wear Behaviour of HVOF Thermal Sprayed WC-Co-Cr and WC-CrxCy-Ni Coatings”. Wear 442: 203114.
• [27] Tokarski M. 1985. Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych w zarysie. Katowice: Wydawnictwo Śląsk.
• [28] Wu M., Pan L., Duan H., Wan C., Yang T., Gao M., Yu S. 2019. “Study on Wear Resistance and Corrosion Resistance of HVOF Surface Coating Refabricate for Hydraulic Support Column”. Coatings 11: 1457–1478.
• [29] www.euromag.pl/press_room (dostęp: 16.12.2021).
• [30] Xie J., Zhang J., You Z., Liu S., Guan K., Wu R., Wang J., Feng J. 1999. “Towards Developing Mg Alloys with Simultaneously Improved Strength and Corrosion Resistance via RE Alloying”. Journal of Magnesium and Alloys 10/2020: 8–18.
• [31] Yuan J., Zhan Q., Huang J., Ding S., Li H. 2013. “Decarburization Mechanisms of WC-Co during Thermal Spraying: Insights from Controlled Carbon Loss and Microstructure Characterization”. Materials Chemistry and Physic 142: 165–171.
• [32] Zhan S.-H., Cho T.-Y., Yoon J.-H., Li M.-X., Shum P.W., Kwon S.-C. 2009. “Investigation on Microstructure, Surface Properties and Anti-Wear Performance of HVOF Sprayed WC-Cr-Ni Coatings Modified by Laser Heat Treatment”. Material Science Engineering B 162: 127–134.
• [33] Ziółkiewicz S. 2013. „Badania metalograficzne odlewniczego stopu magnezu AZ91 po współbieżnym wyciskaniu”. Obróbka Plastyczna Metali 24/2: 119–129.

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).