Studium žárově stříkaných povlaků pro otěruvzdorné aplikace

Ing. Aleš GLANC

Doctoral thesis

Study of thermal spray coating for wear resistant applications

Abstract:

Technologie žárových nástřiků využívá výhod vynikajících užitných vlastností nástřikových materiálů a nízké ceny a snadné přípravy základního materiálu, což snižuje celkové náklady, a proto jsou žárové nástřiky v dnešním průmyslu velice žádané. Jednou z pokročilých metod žárového stříkání je metoda HVOF ("High Velocity Oxygen Fuel Spraying"), pomocí které lze připravovat nástřiky s vysokou adhezí k substrátu, malou pórovitostí a zvýšenou odolností vůči opotřebení. Žárové nástřiky je možné dále tepelně zpracovávat, což se v moderním průmyslu stále častěji děje pomocí laseru, díky kterému lze dosáhnout tepelného ovlivnění části nebo celé vrstvy nástřiku a zlepšit tak vybrané vlastnosti. Disertační práce je zaměřena na studium HVOF nástřiků s různou mírou tepelného zpracování pomocí laseru a s dobrými předpoklady ke zlepšení odolnosti vůči opotřebení. V teoretické části práce je rozsáhlá rešerše věnující se žárovým nástřikům se zaměřením na metodu HVOF, další kapitoly se věnují studiu materiálů vhodných pro žárové nástřiky s vysokou odolností vůči opotřebení. Pro experiment byly zvoleny HVOF nástřiky materiálů Hastelloy C-276 a CoCrTaAlCSiY. Každý materiál byl pozorován ve třech stavech (původní nezměněný nástřik, částečně a zcela tepelně zpracovaný nástřik pomocí laseru). Za účelem posouzení změn v mikrostruktuře a ve vybraných vlastnostech, vlivem laserového tepelného zpracování, byly oba materiály mimo jiné podrobeny XRD analýze, SEM včetně EDX a celé řadě tribologických zkoušek. Odolnost vůči opotřebení obou materiálů je v závěru práce hodnocena na základě získaných experimentálních výsledků, především koeficientu tření (COF) a koeficientu opotřebení (K). U materiálu CoCrTaAlCSiY bylo prokázáno jednoznačné zlepšení odolnosti vůči opotřebení vlivem tepelného zpracování pomocí laseru, a to především díky precipitaci velice tvrdých karbidů TaC, jejichž velikost roste s intenzivnějším tepelným zpracováním.

Abstract:

The application of thermal spray coatings benefits from excellent useful properties of coating materials and the low cost and easy fabrication of the base materials. This approach reduces the total costs and because of it is highly desirable in today's industry. One of the advanced thermal spraying methods is the HVOF (High Velocity Oxygen Fuel Spraying) which can be used for preparation of coatings with high adhesion to the substrate, low porosity and increased wear resistance. Thermal coatings can be further heat-treated, for this is in modern industry increasingly used a laser. Due to laser usage it is possible to achieve heat treatment of part or entire coating layer and thus to improve selected properties. The dissertation thesis is focused on the study of HVOF coatings with different levels of laser heat treatment and good preconditions for improving of wear resistance. The research part pay attention to thermal spray coatings with focus on HVOF method, next chapters are devoted to the study of materials suitable for thermal spraying with potential for high wear resistance. HVOF coatings of Hastelloy C-276 and CoCrTaAlCSiY were selected for the experiment. Each material was observed in three different states (as sprayed, partially and completely laser heat treated coating). In order to understand changes in the microstructure and selected properties due to laser heat treatment, both materials were subjected to XRD analysis, SEM including EDX and several tribological tests, etc. In the conclusion of thesis is evaluated the wear resistance of both materials based on the obtained experimental results, especially the coefficient of friction (COF) and the wear coefficient (K). It has been shown for the CoCrTaAlCSiY material that due to laser heat treatment was clearly improved the wear resistance. It is mainly due to the precipitation of very hard TaC carbides which size increases with more intensive heat treatment.

Keywords

Žárové nástřiky, HVOF, otěruvzdornost, Hastelloy C-276, CoCrTaAlCSiY

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 8. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 23. 2. 2021
• Supervisor: Doc. Ing. Olga Bláhová, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Engineering of Special Technologies and Materials