Production Amorphous Coatings by Electrospark Treatment of Steel 1035 in a Mixture of Iron Granules with CrMoWCBSi Powder

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Metallic glasses are of interest to researchers as materials that can be used as protective coatings for metals and alloys. The study of new methods for forming coatings made of metallic glass is an urgent task. Purpose: to study the conditions of formation and properties of metallic glass coatings obtained by the method of electrospark treatment of steel 1035 in a mixture of iron granules and a multicomponent powder mixture consisting of chromium, tungsten, molybdenum, silicon, boron and carbon. Methods. The powder mixture had an average particle size of 0,3 μm. The volume fraction of the powder in the mixture with granules varied from 2,5 to 9,3 vol. %. Coatings are deposited at pulse energy of 0,33 J with a frequency of 1 kHz for 8 minutes in argon. The composition and structure of the coatings are studied by X-ray diffraction analysis, scanning microscopy, and energy dispersive analysis. Results and discussion. The average thickness of the coatings is in a narrow range of 41…43 microns. The proportion of the amorphous phase in the coatings ranges from 78 to 95 vol. %. The distribution of elements over the coating cross section is uniform. With increasing powder content in the mixture of granules, the iron concentration in the coatings decreases from 60 to 41 at. %. In this case, the ratio of the remaining elements in the composition of the coatings corresponds to the composition of the multicomponent powder, which indicates the uniform participation of powder particles of different grades in the formation of the deposited coatings. The wear rate of samples with coatings in the dry sliding mode is in the range 0,7…5,9 × 10–5 mm3/Nm, which is 2,5…6,5 times lower than that of steel 1035 without coating. The cyclic corrosion resistance of samples with coatings at a temperature of 700 °C for 100 hours of testing is 15…30 times higher than that of steel 1035, which is explained, first of all, by the presence of chromium and silicon in the coatings.

About the authors

B. A. Alexander

Email: burkovalex@mail.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics), Institute for Material Studies, Khabarovsk Scientific Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 153 Tikhookeanskaya st., Khabarovsk, 680042, Russian Federation, burkovalex@mail.ru

References

  1. Inoue A. Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48. – P. 279–306. – doi: 10.1016/S1359-6454(99)00300-6.
  2. Takeuchi A., Inoue A. Classification of bulk metallic glasses by atomic size difference, heat of mixing and period of constituent elements and its application to characterization of the main alloying element // Materials Transactions. – 2005. – Vol. 46, iss. 12. – P. 2817–2829. – doi: 10.2320/matertrans.46.2817.
  3. Investigate the effects of the substrate surface roughness on the geometry, phase transformation, and hardness of laser-cladded Fe-based metallic glass coating / M.Z. Ibrahim, A.A.D. Sarhan, T.Y. Kuo, F. Yusuf, M. Hamd, C.S. Chien // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 98. – P. 1977–1987. – doi: 10.1007/s00170-018-2354-6.
  4. Wang X., Gong P., Yao K.-F. Mechanical behavior of bulk metallic glass prepared by copper mold casting with reversed pressure // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 237. – P. 270–276. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.023.
  5. Fabrication and mechanical properties of bulk metallic glass matrix composites by in-situ dealloying method / W. Guo, H. Kato, R. Yamada, J. Saida // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 707. – P. 332–336. – doi: 10.1016/j.jallcom.2016.10.167.
  6. Huang J.C., Chu J.P., Jang J.S.C. Recent progress in metallic glasses in Taiwan // Intermetallics. – 2009. – Vol. 17. – P. 973–987. – doi: 10.1016/j.intermet.2009.05.004.
  7. Bulk metallic glasses for biomedical applications / J. Schroers, G. Kumar, T.M. Hodges, S. Chan, T.R. Kyriakides // JOM: The Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. – 2009. – Vol. 61. – P. 21–29. – doi: 10.1007/s11837-009-0128-1.
  8. Corrosion performances in simulated body fluids and cytotoxicity evaluation of Fe-based bulk metallic glasses / Y.B. Wang, H.F. Li, Y.F. Zheng, M. Li // Materials Science and Engineering: C. – 2012. – Vol. 32, iss. 3. – P. 599–606. – doi: 10.1016/j.msec.2011.12.018.
  9. Effects of tungsten contents on the microstructure, mechanical and anticorrosion properties of Zr-W-Ti thin film metallic glasses / J.-C. Chang, J.-W. Lee, B.-S. Lou, C.-L. Li, J.P. Chu // Thin Solid Films. – 2015. – Vol. 584. – P. 253–256. – doi: 10.1016/j.tsf.2015.01.063.
  10. In-situ synthesis of novel Al-Fe-Si metallic glass coating by arc spraying / J. Cheng, B. Wang, Q. Liu, X. Liang // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 716. – P. 88–95. – doi: 10.1016/j.jallcom.2017.05.032.
  11. Production of Ni65Cr15P16B4 metallic glass-coated bipolar plate for fuel cell by high velocity oxy-fuel (HVOF) spray coating method / S.-C. Kim, S.-I. Yamaura, Y. Shimizu, K. Nakashima, T. Igarashi, A. Makino, A. Inoue // Materials Transactions. – 2010. – Vol. 51. – P. 1609–1613. – doi: 10.2320/matertrans.MAW201006.
  12. Microstructures and tribological properties of laser cladded Ti-based metallic glass composite coatings / X. Lan, H. Wu, Y. Liu, W. Zhang, R. Li, S. Chen, X. Zai, T. Hu // Materials Characterization. – 2016. – Vol. 120. – P. 82–89. – doi: 10.1016/j.matchar.2016.08.026.
  13. Production of amorphous and nanocrystalline iron based coatings by electro-spark deposition process / M.F. Hasanabadi, F.M. Ghaini, M. Ebrahimnia, H.R. Shahverdi // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 95–101. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.016.
  14. In situ synthesis and characterization of Fe-based metallic glass coatings by electrospark deposition technique / A.A. Burkov, S.A. Pyachin, M.A. Ermakov, A.V. Syuy // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2017. – Vol. 26. – P. 901–908. – doi: 10.1007/s11665-016-2493-6.
  15. Burkov A.A., Pyachin S.A. Formation of WC-Co coating by a novel technique of electrospark granules deposition // Materials and Design. – 2015. – Vol. 80. – P. 109–115. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.05.008.
  16. Burkov A.A., Chigrin P.G. Effect of tungsten, molybdenum, nickel and cobalt on the corrosion and wear performance of Fe-based metallic glass coatings // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 351. – P. 68–77. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.078.
  17. The effect of high-velocity oxy-fuel spraying parameters on microstructure, corrosion and wear resistance of Fe-based metallic glass coatings / H. Zhang, Y. Hu, G. Hou, Y. An, G. Liu // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2014. – Vol. 406. – P. 37–44. – doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.09.041.
  18. On the formation of metallic glass coatings by means of Cold Gas Spray technology / A. Concustell, J. Henao, S. Dosta, N. Cinca, I.G. Cano, J.M. Guilemany // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 651. – P. 764–772. – doi: 10.1016/j.jallcom.2015.07.270.
  19. Microstructure and corrosion behavior of Fe-based amorphous composite coatings developed by atmospheric plasma spraying / P. Bijalwan, A. Kumar, S.K. Nayak, A. Banerjee, M. Dutta, T. Laha // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 796. – P. 47–54. – doi: 10.1016/j.jallcom.2019.05.046.
  20. Verkhoturov A.D., Murzin L.M. Mechanism of the electrical erosion of composite materials during electrospark alloying // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 1973. – Vol. 12. – P. 680–683. – doi: 10.1007/BF00794396.
  21. Ribalko A.V., Sahin O. A modern representation of the behaviour of electrospark alloying of steel by hard alloy // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201. – P. 1724–1730. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.02.044.
  22. Crystallization of amorphous Cu50Ti50 alloy prepared by high-energy ball milling / N.F. Shkodich, S.G. Vadchenko, A.A. Nepapushev, D.Y. Kovalev, I.D. Kovalev, S. Ruvimov, A.S. Rogachev, A.S. Mukasyan // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 741. – P. 575–579. – doi: 10.1016/j.jallcom.2018.01.062.
  23. Garip Y., Ozdemir O. Comparative study of the oxidation and hot corrosion behaviors of TiAl-Cr intermetallic alloy produced by electric current activated sintering // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 780. – P. 364–377. – doi: 10.1016/j.jallcom.2018.11.324.
  24. Oxidation of pentatitanium trisilicide (Ti5Si3) powder at high temperature / J.-I. Matsushita, T. Satsukawa, N. Iwamoto, X. Wang, J. Yang, T. Goto, T. Sekino, X. Wu, S. Yin, T. Sato // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 868. – P. 38–42. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.868.38' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.868.38.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».