The article presents information from area of the practical surface engineering related with selection of materials and coatings’ deposition technology for power plant industry with special attention to possibility of modification of the final coatings and their adaptation to operating in complex and aggressive environments. The different types of corrosion and erosion resistant coatings and technology of their deposition such as high velocity thermal spraying and electrical deposition of coatings were described. Furthermore, the characterization of technological and materials problems concomitant application of those processes to deposition of high-quality coatings with complex chemical and phases composition are shown. Advantages and disadvantages of the utilized technology as well as fundamental steps in the deposition of coatings were also presented in the paper. Finally, the application of different types of sprayed coatings in power plant industry were described. The presented reflections are the result of many years of work and experience of the authors in the field of spraying processes and applications of protective coatings for the energy and machine industry. The following review article shows the problem of coatings’ selection, deposition and operating from point of view of coatings contractor rather than researcher.
PL
Ogólna tendencja związana z podnoszeniem sprawności i wydajności kotłów energetycznych powoduje wzrost parametrów pracy kotłów, który również przyczynia się do zmniejszenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Powoduje to zwiększenie obciążenia cieplnego elementów wymiany ciepła. Znaczne wartości parametrów stawiają nowe wymagania stosowanym materiałom. Wyższa temperatura powierzchni rur powoduje zdecydowane przyśpieszenie procesów korozyjnych oraz zmniejszenie odporności na zużycie ścierne powodowane oddziaływaniem cząstek popiołów. Procesy te w połączeniu z wysokim ciśnieniem wewnątrz rur wymuszają stosowanie nowych typów materiałów. Są to najczęściej stale wysokostopowe lub materiały na bazie niklu. Inną z możliwości poprawy właściwości eksploatacyjnych powierzchni wymienników ciepła jest ich dodatkowe zabezpieczenie powłokami ochronnymi o wysokiej odporności na zużycie erozyjne i korozyjne. Do podstawowych technologii wytwarzania powłok o szerokim zakresie stosowania należą procesy CVD, PVD oraz natryskiwanie cieplne i napawanie. Przedstawiony na rysunku 1 schemat zależności grubości i twardości powłok otrzymywanych w podstawowych technologiach ich wytwarzania może być pomocny w określeniu obszarów aplikacji. Charakterystyka podstawowych procesów technologicznych używanych do wytwarzania opisywanych powłok jest głównym celem niniejszego artykułu.
Technologie hybrydowe to jeden z kierunków rozwoju inżynierii materiałowej. Wpisują się w tę tematykę badania nad poprawą właściwości użytkowych powłok stalowych natryskiwanych cieplnie poprzez obróbkę cieplno-chemiczną. W pracy przedstawiono wyniki badań powłok natryskiwanych łukowo ze stali odpornych na korozję X46Cr13 i X2Cr-Ni18-9 i następnie azotowanych jarzeniowo. Azotowanie jarzeniowe wykonano na potencjale katody przy następujących parametrach: w temperaturze 450 °C przez 6 h i w temperaturze 530 °C przez 4 h. Opisano oraz przedstawiono wyniki następujących badań: badań metalograficznych, analizy punktowej jakościowej i ilościowej EDS, pomiaru twardości HV, rozkładu twardości, pomiaru parametrów chropowatości, badań odporności na zużycie metodą Amslera. W wyniku badań stwierdzono, że azotowanie jarzeniowe powoduje wzrost twardości oraz odporności na zużycie przez tarcie powłok natryskiwanych cieplnie ze stali odpornych na korozję X46Cr13 i X2CrNi18-9. Technologia hybrydowa łącząca natryskiwanie cieplne stali odpornej na korozję martenzytycznej X46Cr13 i azotowanie jarzeniowe w temperaturze 530 °C przez 4 h zapewnia wytworzenie powłoki o najwyższej twardości i odporności na zużycie ze wszystkich badanych powłok. Powłoka taka może zostać zastosowana do regeneracji części maszyn, od których wymaga się szczególnie wysokich właściwości użytkowych.
EN
Hybrid technologies are one of the directions of materials engineering development. They contribute to the subject of research on improving the performance of thermally sprayed steel coatings by thermo-chemical treatment. The paper presents the test results of arc spraying stainless steel coatings and then glow-discharge nitrided. The glow-discharge nitriding was performed with the following parameters: at 450 °C for 6 hours and at 530 °C for 4 hours. The results of the following tests are described and presented: metallographic (SEM), qualitative and quantitative analysis point EDS, measurement of hardness HV, hardness distribution, measurement of roughness parameters (Ra, Rz), wear resistance by the Amsler method. The results showed that the glow-discharge nitriding increases the hardness and the frictional wear resistance of thermal sprayed stainless steel X46Cr13 and X2CrNi18-9 coatings. The hybrid technology, combining thermal spraying of martensitic stainless steel X46Cr13 and glow-discharge nitriding at 530 °C for 4 hours, provides formation of a coating with the highest hardness and wear resistance of all the tested coatings. This coating can be applied to the regeneration of machine parts, which are required to have particularly high useful properties.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań wytwarzania kompozytowych powłok z układu Fe-Al z udziałem faz międzymetalicznych in-situ za pomocą natryskiwania łukowego. Proces natryskiwania prowadzono poprzez jednoczesne topienie dwóch różnych drutów elektrodowych, aluminiowego i stalowego. Celem prowadzonych badań jest wytworzenie powłok ochronnych o kompozytowej strukturze ze znaczącym udziałem faz międzymetalicznych FexAly, których synteza zachodzi podczas procesu natryskiwania (in-situ). Otrzymane wyniki wykazały lokalne występowanie faz międzymetalicznych z układu Fe-Al, a dominujące składniki struktury to roztwory aluminium w żelazie i żelaza w aluminium. Udział faz międzymetalicznych w powłoce jest stosunkowo niski, lecz jego wpływ na właściwości materiału powłoki jest istotny.
EN
The paper presents preliminary results of research on the production of composite coatings from the Fe-Al system with participation of intermetallic phases in-situ using arc spraying. The spraying process was carried out by simultaneously melting two different electrode wires, aluminium and steel. The aim of the research is to create protective coatings with a composite structure with a significant participation of FexAly as a intermetallic phases reinforcement. The synthesis of intermetallic takes place during the (in-situ) spraying process. Currently most of coatings involving intermetallic phases are being manufactured by different thermal spraying methods using coating materials in form of prefabricated powders containing intermetallic phases. The obtained results showed that the local occurrence of intermetallic phases from the Fe-Al system, and the dominant components of the structure are two phases, aluminium solid solutions in iron and iron in aluminium. The participation of intermetallic phases in the coating is relatively low, but it’s effect on the properties of the coating material is significant.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań odporności erozyjnej powłok natryskiwanych łukowo wybranymi stopami typu Fe-Cr-Ti-Si-Mn, Fe-Cr-B-Si-Mn, Ni-Cr-Mo-Fe-Nb, Ni-WC-Cr-B-C oraz nano stopem na osnowie żelaza wzmacnianym wydzieleniowo węglikiem boru Fe-Si-Mn-Cr-Mo-Nb-W-B, na płyty ze stali niestopowej ASTM A516, Grade 55 przeznaczonej do pracy w podwyższonej temperaturze. Do natryskiwania łukowego zastosowano najnowszej generacji urządzenie spawalnicze Eutronic Arc Spray 4 zapewniające wysoką stabilność przebiegu procesu oraz użyto druty proszkowe metaliczne EuTronic Arc 502, EuTronic Arc 547, EuTronic Arc 595, EuTronic Arc 599 i EnDOtec DO*390N o średnicy 1,6 mm. Natryskiwano łukowo powłoki o grubości około 0,8 mm, odznaczające się zróżnicowaną twardością oraz odpornością na zużycie erozyjne.
EN
The article presents the results of the study on erosion resistance of arc sprayed coatings made of selected alloys such as Fe-Cr-Ti-Si-Mn, Fe-Cr-B-Si-Mn, Ni-Cr-Mo-Fe-Nb, Ni-WC-Cr-B-C, and also nano alloy based on the iron matrix, strengthened by precipitations of boron carbide Fe-Si-Mn-Cr-Mo-Nb-W-B, on plates made of unalloyed steel ASTM A516, Grade 55 designed for for operation at elevated temperature. The latest generation of welding device Eutronic Arc Spray 4 for arc spraying was applied in the investigations, which ensure high stability of the process. Cored metallic wires such as EuTronic Arc 502, EuTronic Arc 547, EuTronic Arc 595, EuTronic Arc 599 i EnDOtec DO*390N with the diameter of 1,6 mm were used as the additional material. The coating produced by arc spraying were approx. 0,8 mm thick and had different hardness as well as different erosion wear resistance.
W artykule przedstawiono wyniki natryskiwania łukowego wielowarstwowej powłoki składającej się z międzywarstwy NiAl, war stwy z drutu proszkowego (Fe-Cr) oraz Al. Zbadano żaroodporność powłoki, jej odporność na zużycie oraz przeprowadzono badania metalograficzne. Stwierdzono, że natryskana wielowarstwowa powłoka bardzo dobrze zabezpiecza przed utlenianiem stalowe pod łoże w temp. 550oC i 900oC.
EN
The results of arc spraying of a multilayer coating consisting NiAl in the interlayer, the wire layer of powder (Fe-Cr) and Al. The heat resistance and were resistance of coating were investigated and metallographic examination were carried out. It was found that the injected multi-layer coating well protects metal surfaces from oxidation at 550oC i 900oC.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu odległości natryskiwania, kąta natryskiwania, napięcia łuku, ciśnienia powietrza rozpylającego, rodzaju materiału powłokowego oraz rodzaju układu rozpylającego w pistoletach łukowych na wielkość strat materiału powłokowego, a więc koszty materiałowe. Badania wykonane zgodnie z normą PN-EN ISO 17836 wykazały, że przy nadmiernym zwiększeniu odległości natryskiwania koszty materiałowe mogą wzrosnąć nawet dwukrotnie. Stwierdzono, że dzięki zastosowaniu stopu Zn-Al zamiast Zn można koszty materiałowe zmniejszyć o ok. 10÷12%.
EN
The test results of the influence of spraying distance, spraying angle, arc voltage, atomizing air pressure, metal type and atomizing chamber type in arc spraying gun on materials loss and coating costs are discussed. Tests carried out according to PN-EN ISO 17836 showed that too big spraying distance could increase material loss even twice. Replacing of Zn by Zn-Al alloy may decrease the costs of about 10÷12%.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Presented are the effects of the arc sprayed multilayer coats consisting of the NiAl for the intermediate zone, and the electrode material (FeCr) and aluminium (Al) for the layers.
PL
Przedstawiono wyniki natryskiwania łukowego wielowarstwowej powłoki składającej się z międzywarstwy NiAI, warstwy z drutu proszkowego (Fe-Cr) oraz Al. Zbadano żaroodporność powłoki oraz przeprowadzono badania metalograficzne. Stwierdzono, że natryskana wielowarstwowa powłoka bardzo dobrze zabezpiecza przed utlenianiem stalowe podłoże w temp. 550°C i 900°C
W pracy zbadano wpływ parametrów technologicznych natryskiwania oraz grubości powłok uzyskiwanych łukowo na powstawanie w nich naprężeń oraz na zmianę naprężeń w procesie sezonowania wysokotemperaturowego przy temperaturze 400 -600 0C w czasie 100 - 2000 h. Stwierdzono, że naprężenia szczątkowe w powłokach powstają w wyniku dwóch konkurencyjnych, równolegle przebiegających procesów, a mianowicie: procesu wydzielania faz dyspersyjnych, któremu towarzyszy wzrost naprężeń rozciągających oraz wewnętrznego utleniania fazowego, któremu towarzyszy wzrost naprężeń ściskających.
EN
Influence of technological parameters of arc spraying and of obtained coating thickness on creation of internal stress and its changes during 100 - 2000 h aging in high temperature of 400 -600 0C have been investigated. It was concluded that residual stress in coatings are caused by two parallel processes: first one produce residual phases and increase of tensile stress and the second one is internal phase oxidation and it increases compressive stress.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki badań nad właściwościami warstw natryskiwanych łukowo stopem typu Fe-Cr-Ti-Si-Mn oraz nanostopem na osnowie żelaza z dużą procentową ilością drobnych wydzieleń w postaci węglika boru, na płyty ze stali niestopowej ASTM A516, Grade 55 przeznaczonej do pracy w podwyższonej temperaturze. Do natryskiwania łukowego zastosowano najnowszej generacji urządzenie spawalnicze Eutronic Arc Spray 4 zapewniające wysoką stabilność przebiegu procesu oraz użyto drutów proszkowych metalicznych EuTronic Arc 502 i EnDOtec DO*390N o średnicy 1,6 mm. Natryskiwano łukowo warstwy o grubości 1,0 mm, odznaczające się wysoką odpornością na zużycie ścierne i erozyjne.
EN
It has been presented the results of investigations into properties of layers sprayed with the Fe-Cr-Ti-Si-Mn alloy and Fe-based nanoalloy containing high percentage of fine precipitates in the form of boron carbide on the plates of ASTM A516 unalloyed steel, Grade 55, designed for operation at elevated temperature. For arc spraying, it was used welding equipment of the newest generation, namely Eutronic Arc Spray 4, providing high stability of the process run, and EuTronic Arc 502 and EnDOtec DO*390N metal cored wires, 1,6 mm in dia. It was sprayed 1,0 mm thick layers characterized by high abrasive and erosion wear resistance.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki natryskiwania łukowego wielowarstwowej powłoki składającej się z międzywarstwy NiAl oraz warstwy z drutu proszkowego (Fe-Cr) i warstwy Al. Zbadano żaroodporność powłok oraz przeprowadzono badania metalograficzne. Uzyskaną powłokę poddano dokładnej analizie jakościowej i ilościowej, stosując skaningowy mikroskop wyposażony w spektrometr rentgenowski EDS.
EN
The article presents the results of arc spraying of multi-layer coating composed of NiAl interlayer and powder wire layer (Fe-Cr), with Al layer. Heat resistance of the coatings was checked and metallographic tests were conducted. The obtained coating was subject to thorough qualitative and quantitative analysis with the use of a scanning microscope with an X-ray EDS spectrometer.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zespoły metalowe wchodzące w skład urządzeń do spalania odpadów narażone są na znaczne oddziaływanie czynników korozyjnych. Z tego powodu nanosi się na ich powierzchnię powłoki odporne na korozję. Aktualnie są to najczęściej stopy na bazie niklu, które albo nanosi się w procesie napawania, albo natryskuje płomieniowo naddźwiękowo. Z powodu dużych kosztów surowca i technologii nanoszenia powłok przedmiotem aktualnych badań z jednej strony są prace nad możliwością zastępowania materiałów zawierających nikiel przez tańsze materiały na bazie żelaza, a z drugiej strony prace nad obniżeniem kosztów ich nakładania przez zastosowanie natryskiwania łukowego. Wyniki dotychczasowych badań potwierdzają korzyści wynikające z zastosowania stopów Fe-Cr-Si, które w atmosferze zawierającej chlor wykazują lepszą odporność korozyjną niż tradycyjne materiały na bazie niklu. Dlatego w aktualnie realizowanych projektach badawczych prowadzone są prace nad określeniem odporności korozyjnej różnych stopów tego układu. Równocześnie prowadzi się badania nad możliwością dopasowania procesu natryskiwania łukowego do wytwarzania możliwie najszczelniejszych powłok mogących zapobiec penetracji chloru.
EN
Metal units constituting parts of the waste incineration equipment are exposed to significant corrosive effects. For this reason, corrosion resistant layers are affixed on their surface. Currently, the most often used are nickel-based alloys, which are either affixed by pad welding, or by high speeds flame spraying. Due to high costs of raw materials and layers deposition technology, the subject of current research is, on the one hand, possibility of replacing nickel containing materials by cheaper materials based on iron, on the other hand, lowering costs of their deposition by use of arc spraying. Results of up-to-date studies confirm the benefits of use of Fe-Cr-Si alloys, which in the chlorine containing atmosphere exhibit better corrosion resistance than traditional nickel-based materials. Therefore, in the currently ongoing research projects, studies on corrosion resistance determination of various alloys of this system are carried out. At the same time, research concerning possibility of arc spraying process application to manufacturing the possibly most hermetic layers that may prevent penetration of chlorine is carried out.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki badań odporności na zużycie powłok natryskiwanych metodą łukową z drutów 75B (warstwa wiążąca) i 95MXC oraz Ami Spray Arc 100. Wykazano istotny wpływ chropowatości powłoki i kohezji granic ziaren na przebieg procesów zużywania ściernego i erozyjnego. W badaniach eksploatacyjnych stwierdzono, że intensywność zużywania powłok natryskiwanych jest porównywalna do stali 10H2M. Korzystne jest wykonywanie powłok na rurach przegrzewacza pary kotła energetycznego z drutu Ami Spray Arc 100.
EN
The paper presents results of wear resistance investigations of coatings arc sprayed with 75B (bond layer), 95MXC and Ami Spray Arc 100. It was demonstrated that coating roughness and cohesion of grain boundaries have distinct effect on the course of abrasion and erosion processes. In the field trials, it was found that wear intensity of sprayed coatings was comparable to that of 10H2M steel. It is profitable to perform coatings on heat exchanger tubes of boiler with Ami Spray Arc 100.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W związku z niskimi kosztami procesu i urządzeń, prostoty obsługi i dużego zakresu nanoszonych materiałów, natryskiwanie łukowe jest jednym z najczęściej stosowanych w przemyśle procesów natryskiwania cieplnego. Mimo dużego rozpowszechnienia, w porównaniu z technologiami high-end, takimi jak: natryskiwanie plazmowe lub naddźwiękowe natryskiwanie płomieniowe, odznacza się ono gorszymi jakościowo właściwościami powłok. Spowodowane jest to zastosowaniem sprężonego powietrza jako gazu rozpylającego i relatywnie niewielkimi prędkościami cząstek, przez to powłoki mają większą porowatość i zawierają więcej tlenków. Aby móc w pełni wykorzystać możliwości natryskiwania łukowego, niezbędne jest polepszenie procesów topienia drutów oraz rozpylenia stopionego materiału. Dobór właściwej, dopasowanej do określonego procesu charakterystyki źródła prądu, umożliwia precyzyjne sterowanie procesem stapiania drutów. W połączeniu z optymalizacją geometrii głowicy natryskowej rozpylenie topionego materiału może zostać ujednorodnione, co pozwoli na poprawę jakości natryskiwanych powłok.
EN
As a result of low costs of process and equipment, service simplicity and large spectrum of deposited materials, arc spraying is one of the most popular thermal spraying processes in industry. Despite being widely practiced, when compared with the "high-end" technologies such as plasma spraying or supersonic flame spraying, it is characterized by worse quality of layers' properties. This is due to use of compressed air as a sprayed gas and a relatively low speed of particles, so the layers have greater porosity and contain more oxides. To take fully advantage of arc spraying it is necessary, basing on understanding of the interactions between the source of electricity and electric arc, to improve melting wires processes and spraying of molten material. Selection of proper, matched to a specific process, characteristics of power source allows precise control of melting wires process. In combination with spraying head geometry optimization the pulverization process can be homo-genized, what ultimately will improve quality of sprayed layers.
Zbadano właściwości korozyjne powłok natryskiwanych cieplnie na stop magnezu AZ31. Powłoki z czystego aluminium i stopu AlSi5, natryskano płomieniowo i łukowo. Mając na względzie fakt, że stopy magnezu, a także warstwy aluminiowe mają małą odporność na zużycie przez tarcie, dla jej podwyższenia przetapiano je laserowo z jednoczesnym wprowadzeniem cząstek dyspersyjnych z SiC. Stwierdzono, że odporność na zużycie przez tarcie powłok ze stopu magnezu AZ31 istotnie wzrasta po dodaniu węglika krzemu. Natryskiwanie cieplne aluminium i jego stopu AlSi5 istotnie podnosi odporność korozyjną stopu AZ31 w wodzie destylowanej. Cząstki dyspersyjne SiC w zmodyfikowanej powłoce praktycznie nie pogarszają jej odporności korozyjnej.
EN
Corrosion behavior of AZ31 magnesium alloys surface layers were studied. Pure aluminum and AlSi5 alloy coatings were deposited by means of flame and arc sprayed methods. Taking into account that magnesium alloys as well as aluminum coatings are of low wear resistance to improve this some of the coatings were laser treated and dispersive SiC particles were introduced in. It was found that wear resistance of coatings AZ31 magnesium alloys is highly improved by adding SiC. Thermal sprayed aluminum and its AlSi alloy highly improve corrosion resistance AZ31 alloy in distilled water. Dispersive SiC particles practically do not influence negatively on corrosion resistance of modified coatings.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.