Đặc điểm và Khả năng Chịu Nhiệt Tcho TiAlNb Được Phun HVOF

Journal of Thermal Spray Technology - Tập 29 - Trang 1752-1762 - 2020
Lei Wang1, Laiqi Zhang1, Qian Huang1, Changlei Zhang1, Lichun Zhang2
1State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing, People’s Republic of China
2Department of Materials Science and Engineering, Institute of Materials Science, University of Connecticut, Storrs, USA

Tóm tắt

Hai bột Ti-63.39Al-8.26Nb-0.2Y (bột 1 và bột 2) đã được chế tạo bằng phản ứng tại chỗ nhanh và nấu chảy hồ quang, sau đó được phủ lên nền thép không gỉ 316L bằng quy trình nhiên liệu oxy áp lực cao (HVOF). Thành phần pha, cấu trúc vi mô, độ rỗng, độ cứng vi mô và sức bám dính của hai loại lớp phủ (DC1 và DC2) đã được phân tích. DC1 có độ rỗng thấp hơn, độ cứng vi mô cao hơn và sức bám dính cao hơn so với DC2, điều này có thể được giải thích do sự khác biệt trong phân bố kích thước hạt và kích thước hạt trung bình; một phân bố kích thước hạt hẹp và kích thước hạt trung bình phù hợp hỗ trợ việc hình thành lớp phủ HVOF với cấu trúc vi mô dày đặc và đồng nhất hơn. Hành vi sốc nhiệt đã được điều tra bằng cách gia nhiệt và làm nguội bằng nước từ 600 °C xuống nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy sự hỏng hóc của cả hai lớp phủ TiAlNb xảy ra do hiện tượng bong tróc lớp trên cùng, nhưng khả năng chịu sốc nhiệt của DC2 tốt hơn so với DC1. Tập trung ứng suất nhiệt do sự không đồng nhất trong giãn nở nhiệt giữa lớp phủ trên cùng và nền đã được nhận diện là lý do chính cho sự hỏng hóc của lớp phủ TiAlNb.

Từ khóa

#TiAlNb #lớp phủ #phun HVOF #đặc điểm #khả năng chịu nhiệt #ứng suất nhiệt

Tài liệu tham khảo

S. Ma, J. Xing, P. Lyu, Y. Wang, and G. Liu, Multiphase Interface Structure Induced Erosion Resistance of Directional Solidified Fe-B Alloy in Flow Liquid Zinc, Mater. Lett., 2018, 211, p 281-284 N. Setargew, W.Y. Danielyuen, and J.C. Hodges, Intermetallic Spike Growth Mechanisms in 316L Stainless Steel in Contact with Molten 55%Al-Zn Metal Coating Alloy, Metall. Res. Technol., 2016, 113(4), p 409 X. Fang, Y. Wang, Y. Zhang, S. Feng, J. Du, D. Liu, T. Ouyang, J. Suo, and S. Cai, Improving the Corrosion Resistance of Fe-21Cr-9Mn Alloy in Liquid Zinc by Heat Treatment, Corros. Sci., 2016, 111, p 362-369 S. Ma, J. Xing, D. Yi, H. Fu, G. Liu, and S. Ma, Microstructure and Corrosion Behavior of Cast Fe-B Alloys Dipped into Liquid Zinc Bath, Mater. Charact., 2010, 61(9), p 866-872 X. Ren, X. Mei, J. She, and J. Ma, Materials Resistance to Liquid Zinc Corrosion on Surface of Sink Roll, J. Iron Steel Res. Int., 2007, 14(5), p 130-136 J. Xu, M.A. Bright, X. Liu, and E. Barbero, Liquid Metal Corrosion of 316L Stainless Steel, 410 Stainless Steel, and 1015 Carbon Steel in a Molten Zinc Bath, Metall. Mater. Trans. A, 2007, 38(11), p 2727-2736 X. Liu, E. Barbero, J. Xu, M. Burris, K. Chang, and V. Sikka, Liquid Metal Corrosion of 316L, Fe3Al, and FeCrSi in Molten Zn-Al Baths, Metall. Mater. Trans. A, 2005, 36(8), p 2049-2058 J. Zhang, C. Deng, J. Song, C. Deng, M. Liu, and K. Zhou, MoB-CoCr as Alternatives to WC-12Co for Stainless Steel Protective Coating and Its Corrosion Behavior in Molten Zinc, Surf. Coat. Technol., 2013, 235, p 811-818 B.G. Seong, S.Y. Hwang, M.C. Kim, and K.Y. Kim, Reaction of WC-Co Coating with Molten Zinc in a Zinc Pot of a Continuous Galvanizing Line, Surf. Coat. Technol., 2001, 138(1), p 101-110 Y. Dong, D. Yan, J. He, J. Zhang, and X. Li, Degradation Behaviour of ZrO2-Ni/Al Gradient Coatings in Molten Zn, Surf. Coat. Technol., 2006, 201(6), p 2455-2459 S.H. Yao, Y.L. Su, H.Y. Shu, C.I. Lee, and Z.L. You, Comparative Study on Nano-Structural and Traditional Al2O3-13TiO2 Air Plasma Sprayed Coatings and their Thermal Shock Performance, Key Eng. Mater., 2017, 739, p 103-107 G. Zhang, D. Li, N. Zhang, N. Zhang, and S. Duan, Thermal-Sprayed Coatings on Bushing and Sleeve-Pipe Surfaces in Continuous Galvanizing Sinking Roller Production Line Applications, Coatings, 2017, 7(8), p 113 R.T. Loto and E. Özcan, Corrosion Resistance Studies of Austenitic Stainless Steel Grades in Molten Zinc-Aluminum Alloy Galvanizing Bath, J. Fail. Anal. Prev., 2016, 16(3), p 427-437 Y. Liu, M. Tang, Y. Song, C. Wu, H. Peng, X. Su, and J. Wang, Reactions of FeCr Alloys with Liquid Zinc in Hot-Dip Galvanizing, Surf. Coat. Technol., 2015, 276, p 714-720 D. Yan, J. He, B. Tian, Y. Dong, X. Li, J. Zhang, L. Xiao, and W. Jing, The Corrosion Behavior of Plasma Sprayed Fe2Al5 Coating in Molten Zn, Surf. Coat. Technol., 2006, 201(6), p 2662-2666 D. Yan, Y. Yang, Y. Dong, X. Chen, L. Wang, J. Zhang, and J. He, Phase Transitions of Plasma Sprayed Fe-Al Intermetallic Coating During Corrosion in Molten Zinc at 640 °C, Intermetallics, 2012, 22, p 160-165 R.N. Ma, A. Du, Y.Z. Fan, S.J. Li, and X.M. Cao, Corrosion Behaviour of Stoichiometric Fe3Si Alloy in Liquid Zinc, Corros. Eng. Sci. Technol., 2014, 49(3), p 236-240 W. Wang, J. Lin, Y. Wang, and G. Chen, Isothermal Corrosion Fe3Si Alloy in Liquid Zinc, J. Univ. Technol. B., 2007, 14(1), p 52-55 J. Wang, H. Tu, B. Peng, X. Wang, F. Yin, and X. Su, The Effects of Zinc Bath Temperature on the Coating Growth Behavior of Reactive Steel, Mater. Charact., 2009, 60(11), p 1276-1279 J.P. Lin, W.J. Wang, Y.L. Wang, Z. Lin, and G.L. Chen, China patent CHN10011237.5 (2006) H.J. Zeng, L.Q. Zhang, J.P. Lin, S.J. Zhang, and G.L. Chen, TiAlNb Intermetallic Compound Coating Prepared by High Velocity Oxy-Fuel Spraying, Surf. Coat. Technol., 2011, 206(1), p 178-184 H.J. Zeng, L.Q. Zhang, J.P. Lin, X.Y. He, Y.C. Zhang, and P. Jia, Influence of Bond Coats on the Microstructure and Mechanical Behaviors of HVOF-Deposited TiAlNb Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2012, 21(6), p 1245-1256 Q. Wang, Z. Chen, L. Li, and G. Yang, The Parameters Optimization and Abrasion Wear Mechanism of Liquid Fuel HVOF Sprayed Bimodal WC-12Co Coating, Surf. Coat. Technol., 2012, 206(8-9), p 2233-2241 S. Chen, J. Xiang, J. Huang, and X. Zhao, Microstructures and Properties of Double-Ceramic-Layer Thermal Barrier Coatings of La2(Zr0.7Ce0.3)2O7/8YSZ Made by Atmospheric Plasma Spraying, Appl. Surf. Sci., 2015, 340, p 173-181 M. Zhai, D. Li, Y. Zhao, X. Zhong, F. Shao, H. Zhao, C. Liu, and S. Tao, Comparative Study on Thermal Shock Behavior of Thick Thermal Barrier Coatings Fabricated with Nano-based YSZ Suspension and Agglomerated Particles, Ceram. Int., 2016, 42(10), p 12172-12179 X. Zhong, H. Zhao, C. Liu, L. Wang, F. Shao, X. Zhou, S. Tao, and C. Ding, Improvement in Thermal Shock Resistance of Gadolinium Zirconate Coating by Addition of Nanostructured Yttria Partially-Stabilized Zirconia, Ceram. Int., 2015, 41(6), p 7318-7324 B.S. Sidhu, D. Puri, and S. Prakash, Mechanical and Metallurgical Properties of Plasma Sprayed and Laser Remelted Ni-20Cr and Stellite-6 Coatings, J. Mater. Process. Technol., 2015, 159(3), p 347-355 H.S. Sidhu, B.S. Sidhu, and S. Prakash, Mechanical and Microstructural Properties of HVOF Sprayed WC-Co and Cr3C2-NiCr Coatings on the Boiler Tube Steels Using LPG as the Fuel Gas, J. Mater. Process. Technol., 2006, 171(1), p 77-82 C.R.C. Lima and J.M. Guilemany, Adhesion Improvements of Thermal Barrier Coatings with HVOF Thermally Sprayed Bond Coats, Surf. Coat. Technol., 2007, 201(8), p 4694-4701 A.C. Karaoglanli, H. Dikici, and Y. Kucuk, Effects of Heat Treatment on Adhesion Strength of Thermal Barrier Coating Systems, Eng. Fail. Anal., 2013, 32, p 16-22 A.M. Khoddami, A. Sabour, and S.M.M. Hadavi, Microstructure Formation in Thermally-Sprayed Duplex and Functionally Graded NiCrAlY/Yttria-Stabilized Zirconia Coatings, Surf. Coat. Technol., 2007, 201(12), p 6019-6024 S. Dong, B. Song, G. Zhou, B. Hansz, H. Liao, and C. Coddet, Multi-layered Thermal Barrier Coatings Fabricated by Plasma-Spraying and Dry-Ice Blasting: Microstructure Characterization and Prolonged Lifetime, Surf. Coat. Technol., 2013, 236, p 557-567 S.R. Dhineshkumar, M. Duraiselvam, S. Natarajan, S.S. Panwar, T. Jana, and M.A. Khan, Enhanced Ablation Resistance Through Laser Glazing of Plasma Sprayed LaTi2Al9O19-Based Functionally Graded Thermal Barrier Coating, Ceram. Int., 2016, 42(8), p 10184-10190 A. Vencl, S. Arostegui, G. Favaro, F. Zivic, M. Mrdak, S. Mitrović, and V. Popovic, Evaluation of Adhesion/Cohesion Bond Strength of the Thick Plasma Spray Coatings by Scratch Testing on Coatings Cross-Sections, Tribol. Int., 2011, 44(11), p 1281-1288 C. Giolli, A. Scrivani, G. Rizzi, F. Borgioli, G. Bolelli, and L. Lusvarghi, Failure Mechanism for Thermal Fatigue of Thermal Barrier Coating Systems, J. Therm. Spray Technol., 2009, 18(2), p 223-230 J. Wu, H. Guo, L. Zhou, L. Wang, and S. Gong, Microstructure and Thermal Properties of Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings from Nanostructured YSZ, J. Therm. Spray Technol., 2010, 19(6), p 1186-1194 H. Guo, Y. Wang, L. Wang, and S. Gong, Thermo-Physical Properties and Thermal Shock Resistance of Segmented La2Ce2O7/YSZ Thermal Barrier Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2009, 18(4), p 665-671 R. Ahmadi-Pidani, R. Shoja-Razavi, R. Mozafarinia, and H. Jamali, Improving the Thermal Shock Resistance of Plasma Sprayed CYSZ Thermal Barrier Coatings by Laser Surface Modification, Opt. Laser. Eng., 2012, 50(5), p 780-786 Y. Cao, Q. Wang, Y. Liu, X. Ning, and H. Wang, Characteristics and Thermal Cycling Behavior of Plasma-Sprayed Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 Thermal Barrier Coatings, Ceram. Int., 2017, 43(14), p 10955-10959