FORMATION OF COMPOSITE METAL-CERAMIC AND METAL-CARBIDE ELECTRIC ARC SPRAYED COATINGS

Autor: Yevhen Nedelko, Tetiana O. Makrukha, Maksym M. Bobrov, Anton Karpechenko, Oleksander Dubovyу
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях; № 1(7) (2021): Вісник НТУ «ХПІ»: Серія "Нові рішення у сучасних технологіях"; 9-17
Вестник Национального Технического Университета "ХПИ" Серия Новые решения в современных технологиях; № 1(7) (2021): Вестник НТУ "ХПИ": Серия "Новые решения в современных технологиях"; 9-17
Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New solutions in modern technologies; No. 1(7) (2021): Bulletin of the NTU"KhPI". Series: New Solutions in Modern Technology; 9-17
ISSN: 2079-5459
2413-4295
Popis: The paper studies the possibility of forming composite metal-ceramic (Sv-08G2S-О-Al2O3) and metal-carbide (Sv-08G2S-О-TiC) electric arc sprayed coatings using a hardening phase in the form of powder particles in a free form. For this, a modernized cap of the spray head of an EM-14M electric arc spray gun was used, equipped with a unit for continuous powder feed supply. A laboratory batch of samples was obtained in various technological modes of spraying. Microstructures of the deposited coatings are investigated using a scanning electron microscope. It has been established that composite coatings are characterized by a lamellar structure and a rather low porosity from 8 to 12% (depending on the deposition mode and the hardening phase content), and phase particles of different shades are well differentiated in the structure. The phases were identified by their microhardness indicators. It has been established that the microhardness of the metal matrix (Sv-08G2S-О) is 1.88GPa, ceramic Al2O3 particles ‑ 17.1GPa, TiC particles‑ 31GPa. The influence of the technological parameters of spraying, namely: current, voltage and powder consumption on the content of the hardening phase in the structure of the composite electric arc coatings has been investigated. It was found that when using the maximum values of technological parameters (current 160A, voltage 35V and powder consumption 35 g/min), the maximum content of the hardening phase in the coatings is obtained: 10.3% Al2O3 in metal-ceramic and 25.6% TiC in metal-carbide. The significantly higher maximum TiC content in comparison with the Al2O3 content in composite coatings is explained by the high density of carbide and, as a consequence, the increased velocity of these particles in the high-temperature heterophase jet. Experimental studies of the influence of the content of the strengthening phase in composite coatings on their bond strength to the substrate have been carried out. It is shown that the maximum value of the bond strength of metal-ceramic coatings is 30 MPa and corresponds to the Al2O3 content of 8.7%. As for metal-carbide coatings, the maximum bond strength value of 32 MPa was obtained with a carbide phase content of 18.4%. At the same time, the bond strength of the convention coating sprayed of Sv-08G2S-О wire is 26 MPa. An increase in this characteristic for composite coatings is explained by the additional activation of the sprayed surface by unmelted solid particles of Al2O3 and TiC. It is shown that the decrease in bond strength with an increase in Al2O3 content to 10.3%, and TiC to 25.2% is explained by a significant decrease in the actual contact area of the coating with the substrate.
В работе исследована возможность формирования композиционных металлокерамических (Св-08Г2С-О-Al2O3) и металлокарбидных (Св-08Г2С-О-TiC) электродуговых покрытий с применением упрочняющей фазы в виде частиц порошка. Для этого применяли модернизированный колпак распылительной головки металлизатора ЭМ-14М оснащенный узлом бесперебойной подачи порошка. Получено лабораторную партию образцов на различных технологических режимах напыления. С помощью растрового электронного микроскопа исследована микроструктура сформированных покрытий. Установлено, что композиционные покрытия характеризуются чешуйчатым строением и достаточно низкой пористостью от 8 до 12% (в зависимости от режима напыления и содержания упрочняющей фазы), в структуре хорошо дифференцируются фазы, которые имеют различные оттенки. Идентификацию фаз осуществляли по показателям их микротвердости. Установлено, что микротвердость металлической матрицы (Св-08Г2С-О) составляет 1,8 ГПа, керамических частиц Al2O3 ‑ 17,1 ГПа, частиц TiC – 31,0 ГПа. Исследовано влияние технологических параметров напыления, а именно: силы тока, напряжения на дуге и расхода порошка на содержание упрочняющей фазы в структуре указанных композиционных электродуговых покрытий. Установлено, что при использовании максимальных значений технологических параметров (сила тока 160 А, напряжение 35 В и расход порошка 35 г/мин), обеспечивается получение максимального количества упрочняющей фазы в покрытиях: 10,3% Al2O3 в металлокерамических и 25,6% TiC в металлокарбидных. Значительно большее максимальное содержание TiC по сравнению с содержанием Al2O3 в композиционных покрытиях объясняется высокой плотностью карбида и, как следствие, повышенной скоростью данных частиц в высокотемпературной гетерофазной струе, а также лучшей его смачиваемостью жидким металлом. Проведены экспериментальные исследования влияния содержания упрочняющей фазы в композиционных покрытиях на их прочность сцепления с основой. Показано, что максимальное значение прочности сцепления металлокерамических покрытий составляет 30МПа при содержании Al2O3 на уровне 8,7%. Что касается металлокарбидных покрытий, то максимальное значение прочности сцепления с основой составляет 32 МПа при содержании карбидной фазы 18,4 %. При этом прочность сцепления покрытия нанесенного по традиционной технологии из проволоки Св-08Г2С-О составляет 26 МПа. Повышение указанной характеристики для композиционных покрытий объясняется дополнительной активацией напыляемой поверхности нерасплавленными твердыми частицами Al2O3 и TiC. Показано, что уменьшение прочности сцепления при повышении содержания Al2O3 до 10,3 % и TiC до 25,2 % объясняется значительным снижением фактической площади контакта покрытия с основой.
У роботі досліджено можливість формування композиційних металокерамічних (Св-08Г2С-О–Al2O3) та металокарбідних (Св-08Г2С-О–TiC) електродугових покриттів із застосуванням зміцнювальної фази у вигляді частинок порошку. Для цього застосовували модернізований ковпак розпилювальної голівки металізатора ЕМ-14М, що оснащений вузлом безперебійної подачі порошку. Отримано лабораторну партію зразків на різних технологічних режимах напилення. За допомогою растрового електронного мікроскопу досліджено мікроструктуру сформованих покриттів. Встановлено, що композиційні покриття характеризуються лускатою будовою та мають досить низьку пористість від 8 до 12% (залежно від режиму напилення та вмісту зміцнювальної фази), у структурі добре диференціюються частинки різних фаз за їх відтінком. Ідентифікацію фаз проведено за показниками їх мікротвердості. Встановлено, що мікротвердість металевої матриці (Св-08Г2С-О) складає 1,8 ГПа, керамічних частинок Al2O3 – 17,1 ГПа, частинок TiC – 31,0 ГПа. Досліджено вплив технологічних параметрів напилення, а саме: сили струму, напругу на дузі та витрати порошку на вміст зміцнювальної фази у структурі вказаних композиційних електродугових покриттів. Встановлено, що при використанні максимальних значень технологічних параметрів (сила струму 160 А, напруга 35 В і витрати порошку 35 г/хв), забезпечується отримання максимальної кількості зміцнювальної фази у покриттях: 10,3 % Al2O3 в металокерамічних та 25,6% TiC у металокарбідних. Значно більший вміст TiC у порівнянні зі вмістом Al2O3 у відповідних композиційних покриттях пояснюється вищою густиною карбіду та, як наслідок, підвищеною швидкістю даних частинок у високотемпературному гетерофазному струмені, а також кращою його змочуваністю рідким металом. Проведено експериментальні дослідження впливу вмісту зміцнювальної фази у композиційних покриттях на їх міцність зчеплення з основою. Показано, що максимальне значення міцності зчеплення металокерамічних покриттів складає 30 МПа та відповідає вмісту Al2O3 на рівні 8,7%. Щодо металокарбідних покриттів, то максимальне значення міцності зчеплення 32 МПа отримали при вмісті карбідної фази 18,4%. При цьому міцність зчеплення з основою покриття отриманого з дроту Св-08Г2С-О становить 26 МПа. Підвищення вказаної характеристики для композиційних покриттів пояснюється додатковою активацією напилюваної поверхні нерозплавленими твердими частинками Al2O3 та TiC. Показано, що міцність зчеплення зменшується при підвищенні вмісту Al2O3 до 10,3%, а TiC до 25,2%, що пояснюється значним зниженням фактичної площі контакту покриття з основою.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: