Diffusion coatings formation features, obtained by complex chemical-thermal treatment on the structural steels

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The main methods of increasing the efficiency of products made from structural steels are considered. A description of diffusion saturation from liquid metal media solutions (DSLMMS) is given. Also, complex diffusion saturation technology (CDS), including DSLMMS and carburization is shown. The purpose of the work is to reveal the effect of steel composition on the process of formation and elemental composition of diffusion-saturated surface layers (coatings) based on chromium, as well as to establish differences and regularities in the processes of formation of diffusion-saturated coatings after DSLMMS and CDS. The methods of investigation. Cylindrical specimens 20 mm in diameter and 30 mm long were subjected to DSLMMS. The specimens were made of carbon and alloyed steels: St3, 20-Cr13, 40-Cr, 40-Cr13, 12-Cr18-Ni10-Ti. At the same time, some of the specimens were previously subjected to vacuum cementation. An eutectic Pb-Bi with the specified content of Cr was used as a transport medium when executing DSLMMS. Metallographic studies were carried out on microsection prepared according to the standard method. Studies to determine the thickness of coatings and its structure were carried out on the Dura Scan Falcon 500 Microhardness Tester. The elemental composition of the coatings was determined by the method of electron microprobe analysis on a Tescan Lyra 3 scanning electron microscope with the Oxford Ultim MAX PCMA system. Results and discussion. As a result of the research, it was revealed that the formation of saturated coatings occurs with DSLMMS and CDS. At the same time, the thickness of the coatings and its elemental composition depend on the steel grade and the technology used. After DSLMMS concentration of Cr varies from 96.9% to 91.1%. At the same time, the maximum concentration of 96.9% is observed on steel St3. After CDS, on the surfaces of all steel samples, the concentration of Cr decreases in comparison with the coatings obtained by the DSLMMS technology on steels: St3 from 96.9% to 66.8%; 40-Cr from 91.1% to 63.18%; 20-Cr13 from 93.18% to 62.54%; 12-Cr18-Ni10-Ti from 92.92% to 64.77%. The total thickness of diffusion-saturated coatings formed on all the alloys studied ranges from 17 to 17.5 µm.

About the authors

A. G. Sokolov

Email: sag-51@bk.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, sag-51@bk.ru

E. E. Bobylyov

Email: ebobylev@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, ebobylev@mail.ru

R. A. Popov

Email: Popov-romanya@yandex.ru
Kuban State Technological University, 2 Moskovskaya st., Krasnodar, 350072, Russian Federation, Popov-romanya@yandex.ru

References

  1. Corrosion resistance of laser melting deposited Cu-bearing 316L stainless steel coating in 0.5?M?H2SO4 solution / H. Zhao, Y. Ding, J. Li, G. Wei, M. Zhang // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 291. – P. 126572. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126572.
  2. Development of superhydrophobic and corrosion resistant coatings on carbon steel by hydrothermal treatment and fluoroalkyl silane self-assembly / H.-Q. Fan, P. Lu, X. Zhu, Y. Behnamian, Q. Li // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 290. – P. 126569. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126569.
  3. Microstructure and properties of Cr-AlN composite coating prepared by pack-cementation on the surface of Al-containing ODS steel / X. Hou, H. Wang, Q. Yang, Y. Chen, L. Chai, B. Song, N. Guo, S. Guo, Z. Yao // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 447. – P. 128842. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128842.
  4. Singh V., Singla A.K., Bansal A. Impact of HVOF sprayed Vanadium Carbide (VC) based novel coatings on slurry erosion behaviour of hydro-machinery SS316 steel // Tribology International. – 2022. – Vol. 176. – P. 107874. – doi: 10.1016/j.triboint.2022.107874.
  5. HVOF sprayed Ni–Mo coatings improved by annealing treatment: microstructure characterization, corrosion resistance to HCl and corrosion mechanisms / K. Yang, C. Chen, G. Xu, Z. Jiang, S. Zhang, X. Liu // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 1906–1921. – doi: 10.1016/j.jmrt.2022.05.181.
  6. Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti-Al-Ni-Si composite coatings / J. Liang, Y. Liu, S. Yang, X. Yin, S. Chen, C. Liu // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 445. – P. 128727. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128727.
  7. Mechanical and tribological properties of anodic Al coatings as a function of anodizing conditions / E. Dervishi, M. McBride, R. Edwards, M. Gutierrez, N. Li, R. Buntyn, D.E. Hooks // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 444. – P. 128652. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128652.
  8. Bathini L., Prasad M.J.N.V., Wasekar N.P. Development of continuous compositional gradient Ni-W coatings utilizing electrodeposition for superior wear resistance under sliding contact // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 445. – P. 128728. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128728.
  9. Enhanced corrosion and wear resistance of gradient graphene-CrC nanocomposite coating on stainless steel / M. Zhang, X. Shi, Z. Li, H. Xu // Carbon. – 2021. – Vol. 174. – P. 693–709. – doi: 10.1016/j.carbon.2020.12.007.
  10. CrC/a-C:H coatings for highly loaded, low friction applications under formulated oil lubrication / M. Keunecke, K. Bewilogua, J. Becker, A. Gies, M. Grischke // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 207. – P. 270–278. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.085.
  11. Failure mechanisms of CrN and CrAlN coatings for solid particle erosion resistance / D. Wang, S.-s. Lin, Z. Yang, Z.-f. Yin, F.-x. Ye, X.-y. Gao, Y.-p. Qiao, Y.-n. Xue, H.-z. Yang, K.-s. Zhou // Vacuum. – 2022. – Vol. 204. – P. 111313. – doi: 10.1016/j.vacuum.2022.111313.
  12. Microstructure and properties of CrN coating via multi-arc ion plating on the valve seat material surface / C. Ji, Q. Guo, J. Li, Y. Guo, Z. Yang, W. Yang, D. Xu, B. Yang // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 891. – P. 161966. – doi: 10.1016/j.jallcom.2021.161966.
  13. Oxidation behavior and Cr-Zr diffusion of Cr coatings prepared by atmospheric plasma spraying on zircaloy-4 cladding in steam at 1300 C / Q. Li, P. Song, R. Zhang, Z. Li, Y. Wang, P. Du, J. Lu // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 203. – P. 110378. – doi: 10.1016/j.corsci.2022.110378.
  14. Sahu J.N., C S. Development of hard and wear resistant surface coating on Ni-Cr-Mo steel by surface mechano-chemical carburization treatment (SMCT) // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 263. – P. 285–295. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.08.027.
  15. Application of chemical-thermal treatment for hardening of sprayed with supersonic coatings / S. Nurakov, M. Belotserkovsky, T. Suleimenov, K. Aitlessov // Procedia Computer Science. – 2019. – Vol. 149. – P. 360–364. – doi: 10.1016/j.procs.2019.01.149.
  16. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов: учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
  17. Improving the corrosion resistance of ferritic-martensitic steels at 600 °C in molten solar salt via diffusion coatings / T.M. Meißner, C. Oskay, A. Bonk, B. Grégoire, A. Donchev, A. Solimani, M.C. Galetz // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2021. – Vol. 227. – P. 111105. – doi: 10.1016/j.solmat.2021.111105.
  18. Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Повышение износостойкости изделий из аустенитных сталей путем совмещения технологий цементации и диффузионного легирования в среде легкоплавких жидкометаллических расплавов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2020. – Т. 13 (4). – С. 502–511. – doi: 10.17516/1999-494X-0241.
  19. Mechanism and properties diffusion coating formation at carbide forming element base on surface of steel products / A.G. Sokolov, E.E. Bobylyov, I.D. Storogenko, R.A. Popov // AIP Conference Proceedings. – 2021. – Vol. 2389. – P. 080001. – doi: 10.1063/5.0063579.
  20. Патент № 2768647 Российская Федерация, МПК C21D 1/78, C23C 2/10, C23C 8/22, C23C 8/46, C23C 8/66 (2006.01). Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали: заявл. 15.10.2021: опубл. 24.03.2022, Бюл. № 9 / Соколов А.Г., Бобылев Э.Э., Попов Р.А.

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».