Žárově stříkané povlaky používané v korozně působícím prostředí

Ing. Zdeněk ČESÁNEK

Doctoral thesis

Thermally Sprayed Coatings Used in Corrosive Environments

Abstract:

Jeden z hlavních parametrů, který ovlivňuje vlastnosti každého materiálu v oblasti povrchového inženýrství je korozní odolnost. V souvislosti s ochranou součástí, které pracují v korozně agresivním prostředí, se vytvářejí nové korozivzdorné materiály a paralelně s tímto výzkumem probíhá také vytváření nových ochranných povlaků pro takováto agresivní prostředí. Mezi technologie, které se využívají k vytváření takových povlaků, patří technologie žárového nástřiku HVOF. Tato technologie se využívá hlavně díky dosažení malé pórovitosti v povlaku a v neposlední řadě i vynikající přilnavosti k podkladovému materiálu. Povlaky vytvořené HVOF technologií jsou dále vhodné pro použití v aplikacích, kde je mimo tyto dvě zmíněné vlastnosti velmi důležité dosahovat např. vysoké tvrdosti a otěruvzdornosti. Tato disertační práce je zaměřena především na hodnocení korozní odolnosti vybraných žárově stříkaných povlaků vytvořených technologií HP/HVOF (High Pressure/High Velocity Oxygen Fuel). Předmětem zájmu byly především povlaky, které se v současnosti velice často využívají jako ochrana součástí proti koroznímu působení. Známé a komerčně dostupné povlaky byly doplněny o experimentální povlak, který měl předpoklady poskytnout dobrou ochranu součástem pracujícím v korozně agresivním prostředí. Úvod práce je věnován především seznámení se zde použitou technologií žárového nástřiku HVOF, kdy je dále uveden význam výzkumu a cíle této práce, kterých má být po provedení veškeré naplánované experimentální činnosti dosaženo. Dále je zde popsán současný stav žárových nástřiků, v souvislosti s jejich využitím v energetickém průmyslu. Další část práce se věnuje celkem podrobné literární rešerši, která se skládá z několika menších kapitol. První kapitola je věnována převážně popisu koroze, která se vyskytuje u povlaků vytvořených žárovým nástřikem. Další kapitola je věnována žárovým nástřikům. Třetí kapitola se věnuje alternativní technologii povrchové ochrany, která se v dnešní době využívá u součástí energetického průmyslu. Čtvrtá kapitola literární rešerše popisuje materiály povlaků vhodné pro ochranu součástí v korozně agresivním prostředí. Poslední kapitola tohoto celku je věnována moření součástí energetických zařízení. Další částí této práce jsou Experimentální postupy. Je složená z kapitol: Vytvořené experimentální postupy, Popis experimentálních vzorků, Optimalizace nástřikových parametrů, Hodnocení mechanických a fyzikálních vlastností, Nitridace nerezové oceli Wr.Nr. 1.4923, Optimalizace broušení a poslední nejdelší kapitola je věnována korozním zkouškám. Navazující část s názvem Výsledky uvádí veškeré získané výsledky z experimentálních měření. Tato část je rozčleněna na tři kapitoly. První kapitola se zabývá výsledky získanými z volby nástřikových parametrů a výsledky z testů, které hodnotí vybrané mechanické a fyzikální vlastnosti hodnocených povlaků. Druhá kapitola se zabývá výsledky optimalizace broušení povlaků a poslední kapitola obsahuje veškeré dosažené výsledky všech zde provedených korozních zkoušek. Poslední část práce je zasvěcena diskuzi všech dosažených výsledků a závěrů, které z této diskuze vyplývají. Dále jsou v závěru práce zmíněny další doporučení pro případný navazující výzkum. Získané výsledky jsou bezpochyby významným přínosem pro praxi v oboru žárových nástřiků a dále budou využity při rozhodování o použitelnosti zde hodnocených povlaků v různých korozně agresivních podmínkách energetického, potravinářského, námořního nebo chemického průmyslu.

Abstract:

Corrosion resistance is one of the main parameters determining the properties of every material in surface engineering. To protect components working in corrosive-aggressive environments, new corrosion resistant materials are being developed and simultaneously with this research, also new protective coatings for such aggressive environments are being specified. HVOF thermal spraying technology is one of the technologies used to deposit such coatings. This technology is primarily applied in order to achieve small porosity in the coating and also due to the excellent adhesion of coating to the base material. HVOF deposited coatings are further suitable for applications where high hardness and abrasion resistance etc. are required. This dissertation is focused on corrosion resistance evaluation of selected thermally sprayed coatings deposited by HP/HVOF (High Pressure/High Velocity Oxygen Fuel) technology. Particularly coatings, which are nowadays often used as a protection against corrosion effects, are the subject of interest of this thesis. Besides well-known and commercially available coatings, there was evaluated one experimental coating with a potentiality to provide a good protection to components operating in corrosive-aggressive environments. The introduction of this thesis is mainly dedicated to the description of used thermal spraying technology and to aims that should be obtained after the scheduled experimental work will be accomplished. Furthermore, the introduction describes the current state of thermal spraying in terms of their use in power industry. The next part is dedicated to quite detailed literature research divided into several smaller chapters. The first chapter discusses corrosion occurring in thermally sprayed coatings. The second chapter is focused on thermal spraying. The third chapter describes alternative surface protection technology which is nowadays used for components in energy industry. The fourth chapter of literature review includes coating materials suitable for corrosion protection of components in aggressive environments. The last chapter is focused on staining of energy equipment's. The next part is calls called Experimental procedures. It is composed of chapters called Creation of Experimental Procedures, Descriptions of Experimental Samples, Optimization of Spraying Parameters, Evaluation of Mechanical and Physical Properties, Nitriding of Stainless Steel Wr.Nr. 1.4923, Optimization of Grinding and the last longest chapter is dedicated to corrosion tests. The part of Experimental procedures is followed by a part called Results. This part includes all results obtained from experimental measurements and is divided into three chapters. The first chapter analyzes the results obtained from the choice of spraying parameters and also the results obtained from tests focused on selected mechanical and physical properties of evaluated coatings. The second chapter discusses the results from optimization of coating grinding and the final chapter contains all results of conducted corrosion tests. The last part focuses on the discussion of obtained results and presents the conclusions based on discussion. Furthermore, the conclusion of this thesis offers recommendations for possible follow-up research. The obtained results are undoubtedly an important contribution to the practice in the field of thermal spraying and will be further used in decision making process about application of evaluated coatings in a variety of corrosive-aggressive conditions in energy, food, marine and chemical industries.

Keywords

žárový nástřik, koroze, HP/HVOF technologie, mikrostruktura, oxidace, vysokoteplotní koroze, elektrochemické koroze, mechanické a fyzikální vlastnosti, nitridace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 8. 2015

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 3. 12. 2015

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Materials Engineering and Engineering Metallurgy