HVOF YÖNTEMİYLE ELDE EDİLEN YÜKSEK DAYANIMLI CR₃C₂–NICR KAPLAMALARIN YAPISAL VE FAZ DÖNÜŞÜMLERİNİN İNCELENMESİ
8 6
Özet
Bu çalışmada, E110 zirkonyum alaşımı üzerine yüksek hızlı oksijen-yakıt püskürtme (HVOF) yöntemiyle kaplanmış Cr₃C₂–NiCr kaplamasının bileşim oluşumu, yapısal-faz ve mikro yapısal analizler kullanılarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı, HVOF yönteminin zirkonyum alaşımı için teknolojik uygulanabilirliğini değerlendirmek ve hedeflenen özellikler kompleksine ulaşmayı etkileyen faktörleri belirlemektir.
Faz analizi, Cr₃C₂ karbidi, alt karbür Cr₂₃C₆ ve intermetalik bileşik CrNi₃ içeren çok fazlı bir kaplama yapısının oluştuğunu göstermiştir. Enerji dağılımlı (EDS) analiz verilerine göre, 10–78 μm kalınlığında, sütunsu morfoloji göstermeyen ve “altlık–kaplama” arayüzünde sürekli bir bağa sahip düzgün bir tabaka oluşmuştur; bu da kaplamanın yeterli yapışma (adezyon) özelliğine sahip olduğunu göstermektedir. Spektral analiz sonuçlarına göre, numune A için bileşim şu şekildedir: Ni – %78,504; Cr – %17,032; O – %3,447; C – %1,017. Numune B için ise: Ni – %66,405; Cr – %29,286; O – %3,727; C – %0,581. Oksijenin %3–4 oranında bulunması, püskürtme işleminin açık atmosferde gerçekleştirilmesiyle ilişkilidir. Ayrıca geçiş bölgesinde taneler arası ve taneler içi gözenekler, yerel mikro çatlaklar ve tabaka ayrılma bölgeleri tespit edilmiştir. Oksijen içeriğinin yaklaşık %3–4 olması, püskürtme sırasında parçacıkların kısmi oksidasyonundan kaynaklanmaktadır. Elde edilen sonuçlar, HVOF yönteminin E110 zirkonyum alaşımı üzerinde Cr₃C₂–NiCr kaplamalarının elde edilmesi için uygun olduğunu doğrulamakta ve gözenekliliğin azaltılması, oksidasyonun sınırlandırılması ve Cr₃C₂ fazı oranının kararlılığını sağlamak amacıyla püskürtme parametrelerinin optimize edilmesi gerektiğini göstermektedir.
Referanslar
Lu, H., Shang, J., Jia, X., Li, Y., Li, F., Li, J., & Nie, Y. (2020). Erosion and corrosion behavior of shrouded plasma sprayed Cr3C2-NiCr coating. Surface and Coatings Technology, 388, 125534.
Kuruba, M., Gaikwad, G., Natarajan, J., & Koppad, P. G. (2022). Effect of carbon nanotubes on microhardness and adhesion strength of high-velocity oxy-fuel sprayed NiCr–Cr3C2 coatings. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 236(1), 86-96.
Reddy, N. C., Koppad, P. G., Reddappa, H. N., Ramesh, M. R., Babu, E. R., & Varol, T. E. M. E. L. (2019). Hot corrosion behaviour of HVOF sprayed Ni3Ti and Ni3Ti+(Cr3C2+ 20NiCr) coatings in presence of Na2SO4-40% V2O5 at 650 C. Surface Topography: Metrology and Properties, 7(2), 025019.
Reddy, N. C., Ajay Kumar, B. S., Ramesh, M. R., & Koppad, P. G. (2018). Microstructure and adhesion strength of Ni3Ti coating prepared by mechanical alloying and HVOF. Physics of Metals and Metallography, 119(5), 462-468.
Pogrebnyak, A. D., & Tyurin, Y. N. (2005). Modification of material properties and coating deposition usingplasma jets. Physics-Uspekhi, 48(5), 487.
Li, C. J., Ji, G. C., Wang, Y. Y., & Sonoya, K. (2002). Dominant effect of carbide rebounding on the carbon loss during high velocity oxy-fuel spraying of Cr3C2–NiCr. Thin Solid Films, 419(1-2), 137-143.
Tejero-Martin, D., Rezvani Rad, M., McDonald, A., & Hussain, T. (2019). Beyond traditional coatings: a review on thermal-sprayed functional and smart coatings. Journal of thermal spray technology, 28(4), 598-644.
Yu, J., Liu, X., Yu, Y., Li, H., Liu, P., Sun, R., ... & Li, P. (2021). Numerical analysis of high-velocity oxygen fuel thermal-spray process for Fe-based amorphous coatings. Coatings, 11(12), 1533.
Kuruba, M., Gaikwad, G., & Shivalingappa, D. (2022). Hot-corrosion behaviour of CNT reinforced Cr3C2-NiCr coatings working under high-temperature sprayed by HVOF method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 236(12), 2372-2383.
Rakhadilov, B. K., Tyurin, Y., Kakimzhanov, D., Baizhan, D., Kolisnichenko, O., & Zhurerova, L. (2021). Deposition of duplex Cr3C2-NiCr coatings on steel using a combined technique of gas detonation spraying and pulse-plasma treatment. High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes, 25(4).
Lin, L., Hu, S. A., Hu, Y. B., Xu, G. J., Jiao, H. Y., & Weng, C. S. (2020). Experimental study on the detonation process of a pulse detonation engine with ionized seeds. Defence Technology, 16(1), 178-187.
Matikainen, V., Bolelli, G., Koivuluoto, H., Honkanen, M., Vippola, M., Lusvarghi, L., & Vuoristo, P. (2017). A study of Cr3C2-based HVOF-and HVAF-sprayed coatings: microstructure and carbide retention. Journal of Thermal Spray Technology, 26(6), 1239-1256.
Akamatsu, H., Ikeda, T., Azuma, K., Fujiwara, E., & Yatsuzuka, M. (2001). Surface treatment of steel by short pulsed injection of high-power ion beam. Surface and coatings technology, 136(1-3), 269-272.
Kakimzhanov, D. N., Rakhadilov, B. K., Tyurin, Y. N., Kolisnichenko, O. V., Zhurerova, L. G., & Dautbekov, M. K. (2021). Influence of pulsed plasma treatment on phase composition and hardness of Cr 3 C 2-NiCr coatings. Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 5(1), 45-51.
Ji, G. C., Li, C. J., Wang, Y. Y., & Li, W. Y. (2006). Microstructural characterization and abrasive wear performance of HVOF sprayed Cr3C2–NiCr coating. Surface and Coatings Technology, 200(24), 6749-6757.
Ulianitsky, V. Y., Batraev, I. S., Shtertser, A. A., Dudina, D. V., Bulina, N. V., & Smurov, I. (2018). Detonation spraying behaviour of refractory metals: Case studies for Mo and Ta-based powders. Advanced Powder Technology, 29(8), 1859-1864.
Rakhadilov, B., Maulet, M., Abilev, M., Sagdoldina, Z., & Kozhanova, R. (2021). Structure and tribological properties of Ni–Cr–Al-based gradient coating prepared by detonation spraying. Coatings, 11(2), 218.
Celik, I., & Benli, B. (2024). The effect of WC-12Co and CrC-NiCr hard coatings applied by HVOF method on the microstructure, mechanical, and surface properties of steel. Metallurgical Research & Technology, 121(3), 318.
Zhou, W., Zhou, K., Li, Y., Deng, C., & Zeng, K. (2017). High temperature wear performance of HVOF-sprayed Cr3C2-WC-NiCoCrMo and Cr3C2-NiCr hardmetal coatings. Applied Surface Science, 416, 33-44.
