Pre-Recrystallization Heat Treatment Effect on Physical and Mechanical Properties of Functional Electric Arc Composite Coatings

Authors

  • A. A. Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv
  • M. M. Bobrov Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2022-161-2-94-100

Keywords:

electric arc spraying, composite coatings, nanostructuring, heat treatment, microhardness

Abstract

In this work, the possibility of using pre-recrystallization heat treatment to improve the properties complex of composite electric arc sprayed coatings of the wire Sv-08G2S–Al2O3 and wire 65G-TiC systems, which are formed, using a hardening phase powder in a free form, is studied. At the first stage of research, the optimal temperature-time parameters of heat treatment were established for traditional unfilled coatings made of wire Sv-08G2S (temperature 450 °C, holding time 2 min) and 65G (temperature 400 °C, holding time 3 min), which provides an increase in Vickers hardness by 40 % and 26 % respectively. An analysis of the diffraction patterns obtained using a DRON-3 X-ray diffractometer showed a clear expansion of the diffraction peaks after heat treatment, which is associated with the refinement of the structural elements of the coating. Further determination of the size of the regions of coherent X-ray scattering using the Scherrer formula and using the harmonic analysis of heat-treated coatings showed a significant decrease in this characteristic to the level of 100 nm. It was found that the microhardness of the metal matrix of the coatings after deposition of the composition Sv-08G2S–Al2O3 was 1.6 GPa; 65G–TiC ― 2.6 GPa. It has been established that the optimal mode of heat treatment for coatings Sv-08G2S–Al2O3 is holding time 1 min at a temperature of 450 °C; for 65G–TiC coatings ― 2 min, 400 °C, while the maximum increase in the microhardness of the metal base by 54 % and 38 %, respectively, is observed. A more significant effect of increasing the hardness of composite coatings compared to unfilled coatings after processing is explained by additional work hardening of the metal matrix by high-speed hard particles of Al2O3 and TiC. Metallographic studies on a REMMA 102-02 scanning electron microscope-microanalyzer and ZEISS Gemini SEM 500 showed that the composite coatings are characterized by a typical lamellar structure and particles of the dispersed hardening phase (Al2O3, TiC) are well differentiated. After heat treatment, no structural changes are observed, porosity remains at the same level (about 8 % and 5 %, respectively). Experimental studies of bond strength using the pin method found that pre-recrystallization heat treatment provides an increase in bond strength by 15…20 % compared to coatings after spraying.

Author Biographies

A. A., Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv

Cand. Sc. (Eng.), Associate Professor of the Chair of Material Science and Technology of Metals

M. M. Bobrov, Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv

Cand. Sc. (Eng.), Assistant of the Chair of Material Science and Technology of Metals

References

S. V. Mal’tseva, I. P. Mel’nikova, A. V. Lyasnikova, and A. M. Zaharevich, “Structure and properties of modified plasma-sprayed composite coatings on a titanium base,” Mechanics of Composite Materials, vol. 52, pp. 531-534, 2016. https://doi.org/10.1007/s11029-016-9603-2 .

Y. S. Borisov, A. L. Borisova, and M. V. Kolomytsev, “High-Velocity Air Plasma Spraying of (Ti, Cr)C–32 wt.% Ni Clad Powder,” Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 56, pp. 305-315, 2017. https://doi.org/10.1007/s11106-017-9898-0 .

А. А. Карпеченко, М. М. Бобров, і О. О. Лимар, «Електродугове напилення композиційних металополімерних покриттів,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 2, с. 114-119, 2021. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-155-2-114-119 .

А. А. Карпеченко, М. М. Бобров, О. М. Дубовий, Т. О. Макруха, і Є. Ю. Неделько, «Формування композиційних металокерамічних та металокарбідних електродугових покриттів,» Вісник Національного технічного університету « ХПІ», Серія: Нові рішення в сучасних технологіях, № 1 (7), с. 9-17, 2021. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.01.02 .

S. M. Hashemi, N. Parvin, and Z. Valefi, “Effect of Addition of Multimodal YSZ and SiC Powders on the Mechanical Properties of Nanostructured Cr2O3 Plasma-Sprayed Coatings,” Journal of Thermal Spray Technology, vol. 28. pp. 544-554, 2019. https://doi.org/10.1007/s11666-019-00834-8 .

R. Vaßen, H. Kaßner, G. Mauer, and D. Stover, “Suspension Plasma Spraying: Process Characteristics and Applications,” Journal of Thermal Spray Technology, vol. 19 (1-2), pp. 219-225, 2010. https://doi.org/10.1007/s11666-009-9451-x .

М. О. Васильєв, М. О. Мордюк, С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, А. П. Бурмак, і М. В. Кіндрачук, «Синтез деформаційних нанокомпозитів на поверхні алюмінієвого сплаву Д16 за допомогою ультразвукового ударного оброблення,» Металофізика та новітні технології, № 4, с. 545-563, 2016. https://doi.org/10.15407/mfint.38.04.0545 .

A. Y. Ivannikov, et. al., “The Effect of Electromechanical Treatment on Structure and Properties of Plasma-Sprayed Fe-30Cr Coating,” Journal of Thermal Spray Technology, vol 28, pp. 883-892, 2019. https://doi.org/10.1007/s11666-019-00868-y .

О. М. Дубовий, А. А. Карпеченко, М. М. Бобров, О. В. Лабарткава, Ю. Є. Неделько, і О. О. Лимар, «Підвищення фізико-механічних та експлуатаційних властивостей електродугових та плазмових покриттів формуванням термічно стабільної здрібненої і нанорозмірної субструктури,» Металофізика та новітні технології, № 4, с. 461-480, 2019. https://doi.org/10.15407/mfint.41.04.0461.

О. М. Дубовий, А. А. Карпеченко, М. М. Бобров, і А. О. Мазуренко, «Пристрій для електродугового напилення композиційних покриттів», Патент 111760 Україна, МПК C23C 26/02, B05B 7/22 -а 2014 07318; заявл. 01.07.2014; опубл. 10.06.2016, Бюл. № 11.

O. M. Dubovoy, A. A. Karpechenko, M. M. Bobrov, O. S. Gerasin, and O. O. Lymar, “Electric arc spraying of cermet coatings of steel 65G-TiC system,” Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, vol. 2, pp. 63-68, 2021. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-2/063.

С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, и Л. Н. Расторгуев, Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Москва: МИСиС, 1994, 328 с.

Downloads

Abstract views: 155

Published

2022-04-29

How to Cite

[1]
A. A. and M. M. Bobrov, “Pre-Recrystallization Heat Treatment Effect on Physical and Mechanical Properties of Functional Electric Arc Composite Coatings”, Вісник ВПІ, no. 2, pp. 94–100, Apr. 2022.

Issue

Section

Mechanical engineering and transport

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.