Cr3C2-NiCr ЖАБЫНЫ ҮШІН HVOF ТЕРМИЯЛЫҚ БҮРКУ ПРОЦЕСІНІҢ ОҢТАЙЛЫ РЕЖИМДЕРІН ТЕОРИЯЛЫҚ ЗЕРТТЕУ ЖӘНЕ ШЕШУ
https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-22-31
Аңдатпа
Мақалада цирконий субстратына арналған Cr3C2-NiCr негізіндегі жабынының теориялық зерттеулері қарастырылады. Бұл жабынды алу үшін ең тиімді әдістердің бірі болып табылатын жоғары жылдамдықты оттегіотынмен термиялық тозаңдау (HVOF) әдісі зерттелді. Жабындарды алу қалыңдығы 3–5 мм, ұзындығы 20 мм, ені 30 мм болатын цирконий субстратының бетіне 600–700 м/с тозаңдау жылдамдығымен жүзеге асты. HVOF әдісімен тозаңдау кезіндегі температура шамамен 3000 ºС, салқындату температурасы 27 ºС құрайды. Cr3C2-NiCr жабынының теориялық деректерін зерттей отырып, карбидті жабындар үшін жабын қалыңдығы 0,6 мм-ден аспайтын Стоун әдісімен және Бреннер мен Сендерофф теңдеулерімен HVOF өңдеуден кейінгі дамып келе жатқан және жылу кернеулері анықталды. Теориялық зерттеулердің нәтижелері бойынша Kosaku Shinoda ұсынған әдіспен тұндыру тиімділігінің мәндері табылды. Теориялық және математикалық есептеулер бойынша цирконий субстратына жағылған Cr3C2-NiCr жабыны үшін тұндыру тиімділігі 59,5%–69,4% аралығында болды. Осылайша, жабындар үшін тұндыру тиімділігі субстраттың қалыңдығына, ұнтақты беру жылдамдығына, сондай-ақ қолданылатын материалдың массасына және сәйкесінше бүрку өтулерінің санына байланысты екендігі анықталды.
Авторлар туралы
Б. К. РахадиловҚазақстан
Ш. Р. Курбанбеков
Қазақстан
Б. Сейтов
Қазақстан
Н. Муктанова
Қазақстан
Д. Э. Балтабаева
Қазақстан
К. Катпаева
Қазақстан
Әдебиет тізімі
1. Cueva A., Sinatora W.L., Guesser A.P. and Tschiptschin A. Wear resistance of cast irons used in brake disc rotors // Wear. – 2003. – Vol. 255. –P. 1256–1260. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00146-7
2. Durga V., Rao N., Boyer B.A., Cikanek H.A. and Kabat D.M. Influence of surface characteristics and oil viscosity on friction behaviour of rubbing surfaces in reciprocating engines // Fall Technical Conference ASME-ICE, Paper No. 98-ICE131. – 1998. – Vol. 31-2. – P. 23–35.
3. Fang W., Cho T.Y., Yoona J.H., Song K.O., Hur S.K., Younb S.J. and Chunc H.G. Processing optimization, surface properties and wear behavior of HVOF spraying WC–CrC–Ni coating // Materials processing technology. – 2009. – Vol. 209. – P. 3561–3567.
4. Fleury E., Lee S.M., Kima J.S., Kima W.T., Kimc D.H. and Ahnd H.S. Tribological properties of Al–Ni–Co–Si quasicrystalline Coating against Cr-coated cast iron disc // Wear. – 2002. – Vol. 253. – P. 1057–1069.
5. Flor S., Beitrag Z. and Gerard B. Application of thermal spraying in the automobile industry // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 201. – No. 8. – P. 2028– 2031.
6. Sidhu H.S., Sidhu B.S. and Prakash S.Solid particle erosion of HVOF sprayed NiCr and Stellite-6 coatings // Surface and Coatings Technology. – 2007. –Vol. 202. – P. 232–238.
7. Ruchkin S.E., Pirozhkov A.V. Protective multilayer ZrO2/Cr coatings for E110 zirconium alloy. Modern problems of mechanical engineering: collection of works of the XIV International Scientific-Technologies Conference (Tomsk, October 25–30, 2021). Tomsk, 2021. – P. 179– 180.
8. M. Shunmuga Priyan, A. Azad, S. Yasar, Araffath Influence of HVOF parameters on the wear resistance of Cr3C2NiCr coating // Journal of Materials Science & Surface Engineering, Department of Manufacturing Engineering, Anna University, Chennai-25, India, 2016. – P. 356–359.
9. Lih W.C., Yang S.H., Su C.Y., Huang S.C., Hsu I.C & Leu M.S. Effects of process parameters on molten particle speed and surface temperature and the properties of HVOF CrC-NiCr coatings //Surface and Coatings Technology. – 2000. –Vol. 133–134. – No. 1. – P. 54–60.
10. Ji G.C., Li C.J., Wang Y.Y. & Li W.Y. Micro structural characterization and abrasive wear performance of HVOF sprayed Cr3C2-NiCr coating // Surface Coatings & Technology. – 2006. – Vol. 200. – P. 6749–6757.
11. Baczynski Christian, Simon C. O. Glover and Ralf S. Klessen, Fervent: chemistry-coupled, ionizing and nonionizing radiative feedback in hydrodynamical simulations // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. – 2015. – Vol. 454. – P. 380–411.
12. Le Saux M., Vandenberghe V., Crébier P., Brachet J., Gilbon D., Mardon J., Jacques P., Cabrera A. Influence of steam pressure on the high temperature oxidation and post-cooling mechanical properties of Zircaloy-4 and M5 cladding (LOCA conditions) //Zirconium in the Nuclear Industry: 17th Volume; ASTM International: West Conshohocken, PA, USA, 2015.
13. Brachet J.-C., Portier L., Forgeron T., Hivroz J., Hamon D., Guilbert T., Bredel T., Yvon P., Mardon J.-P., Jacques P. Influence of hydrogen content on the α/β phase transformation temperatures and on the thermal-mechanical behavior of Zy-4, M4 (ZrSnFeV), and M5™(ZrNbO) alloys during the first phase of LOCA transient // Zirconium in the Nuclear Industry: Thirteenth International Symposium; ASTM International: West Conshohocken, PA, USA, 2002.
14. Валеева А.А., Ремпель А.А. Получение стабильных наночастиц монооксида ниобия методом высокоэнергетического размола. Екатеринбург, Россия, 2014. / Valeeva A.A., Rempel' A.A. Poluchenie stabil'nykh nanochastits monooksida niobiya metodom vysokoenergeticheskogo razmola. Ekaterinburg, Russia, 2014. (In Russ.)
15. Park D., Mouche P.A., Zhong W., Han X., Heuser B.J., Mandapaka K.K. & Was G.S. STEM study of zircaloy 2 with FeCrAl layer under simulated BWR environment // Transactions of the American Nuclear Society. – 2016. – Vol. 114(1). – P. 1059–1060.
16. Benjamin R. Maier, Brenda L. Garcia-Diaz, Benjamin Hauch, Cold spray deposition of Ti2AlC coatings for improved nuclear fuel cladding // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 466. – P. 712–717. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.028
17. Ece Alat, Arthur T. Motta, Robert J. Comstock, Jonna M. Partezana, Douglas E. Wolfe, Ceramic coating for corrosion (c3) resistance of nuclear fuel cladding, Surface & Coatings Technology (2015).
18. Fauzia Khatkhatay, Liang Jiao, Jie Jian,Wenrui Zhang, Superior corrosion resistance properties of TiN-based coatings on Zircaloy tubes in supercritical water // Journal of Nuclear Materials. – 2015.
19. Daub K., Van Nieuwenhove R., & Nordin H. Investigation of the impact of coatings on corrosion and hydrogen uptake of Zircaloy-4 // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 467. – P. 260–270. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.09.041
20. Rezaee S., Rashed G. R., Golozar M. A. Electrochemical and oxidation behavior of yttria stabilized zirconia coating on zircaloy-4 synthesized via sol-gel process // International Journal of Corrosion. – 2013. – Vol. 2013.
21. Jin D. et al. A study of the zirconium alloy protection by Cr3C2-NiCr coating for nuclear reactor application // Surface and Coatings Technology. – 2016. – Vol. 287. – P. 55–60.
22. Ashcheulov P. et al. Thin polycrystalline diamond films protecting zirconium alloys surfaces: from technology to layer analysis and application in nuclear facilities // Applied Surface Science. – 2015. – Vol. 359. – P. 621–628.
23. Wiklund U. et al. Multilayer coatings as corrosion protection of Zircaloy // Surface and Coatings Technology. – 1996. – Vol. 86. – P. 530–534.
24. Kuprin А. S. et al. Vacuum-arc chromium-based coatings for protection of zirconium alloys from the high-temperature oxidation in air // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 465. – P. 400–406.
25. Kim T. et al. Phase transformation of oxide film in zirconium alloy in high temperature hydrogenated water // Corrosion Science. – 2015. – Vol. 99. – P. 134–144.
26. Mohammed N. Khan, Tariq Shamim. Investigation of a dual-stage high velocity oxygen fuel thermal spray system // Applied Energy. – 2014. – Vol. 130. – P. 853–862.
27. Pan C., et al. Microstructural Characteristics in Plasma Sprayed Functionally Graded ZrCh/N iCrAl Coatings // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 162. – P. 194–201.
28. Jadidi M., Moghtadernejad S. and Dolatabadi A. Numerical Modeling of Suspension HVOF Spray // Journal of Thermal Spray Technology. – 2016. – Vol. 25. – P. 451– 464.
29. Roman S. et al. The Evolution of Defects in Zirconium in the Process of Hydrogen Sorption and Desorption // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 683.
30. Kim J.J., Kim H.G., Ryu H.J. High-temperature oxidation behaviors of ZrSi2 and its coating on the surface of Zircaloy-4 tube by 3D laser printing, Nuclear Engineering and Technology (2020). https://doi.org/10.1016/j.net.2020.02.018
31. Li M, Christofides PD. Multi-scale modeling and analysis of an industrial HVOF thermal spray process. Chem Eng Sci 2005;60:3649–69. https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.02.043
32. Thiruvikraman C, Balasubramanian V, Sridhar K. Optimizing HVOF Spray Parameters to Maximize Bonding Strength of WC-CrC-Ni Coatings on AISI 304L Stainless Steel // J Therm Spray Technol. – 2014. – Vol. 23. – P. 860–75. https://doi.org/10.1007/s11666-014-0091-4
33. Emami S, Jafari H, Mahmoudi Y. Effects of Combustion Model and Chemical Kinetics in Numerical Modeling of Hydrogen-Fueled Dual-Stage HVOF System // J Therm Spray Technol. – 2019. – Vol. 28. – P. 333–45.
34. Khatami, S., Ilegbusi, O. and Trakhtenberg, L. (2015) Mathematical Modeling and Experimental Validation of Mixed Metal Oxide Thin Film Deposition by Spray Pyrolysis // Materials Sciences and Applications. – Vol. 6. – P. 68–77. https://doi.org/10.4236/msa.2015.61009
35. A. Valarezo, “Process Design for Reliable High Velocity Thermal Spray Coatings: An Integrated Approach through Process Maps and Advanced in situ Characterization”, Ph.D. Thesis, Stony Brook University, 2008.
36. Yan Y., Garrison B.E., Howell M., Bell G.L. High-temperature oxidation kinetics of sponge-based E110 cladding alloy // J. Nucl. Mater. – 2018. – Vol. 499. – P. 595–612.
37. Wei T., Zhang R., Yang H., Liu H., Qiu S., Wang Y., Du P., He K., Hu X., Dong C. Microstructure, corrosion resistance and oxidation behavior of Cr-coatings on Zircaloy-4 prepared by vacuum arc plasma deposition // Corros. Sci. – 2019. – Vol. 158. – P. 108077.
38. Bischoff J., Vauglin C., Delafoy C., Barberis P., Perche D., Guerin B., Vassault J., Brachet J. Development of Cr-coated zirconium alloy cladding for enhanced accident tolerance // Proc. Top Fuel. – 2016. – P. 1165–1171.
39. Picas J.A., Forn A. and Matthaus G. HVOF coatings as an Alternative to Hard Chrome for pistons and valves // Wear. – 2006. – Vol. 261. – P. 477–484.
40. H. Ruiz-Luna, D. Lozano-Mandujano, J.M. AlvaradoOrozco, A. Valarezo, C.A. Poblano-Salas, L.G. TrapagaMartınez, F.J. Espinoza-Beltran, and J. Munoz-Saldana. Effect of HVOF Processing Parameters on the Properties of NiCoCrAlY Coatings by Design of Experiments // Journal of Thermal Spray Technology. – 2014.
Қосымша файлдар
Рецензия
Дәйектеу үшін:
Рахадилов Б.К., Курбанбеков Ш.Р., Сейтов Б., Муктанова Н., Балтабаева Д.Э., Катпаева К. Cr3C2-NiCr ЖАБЫНЫ ҮШІН HVOF ТЕРМИЯЛЫҚ БҮРКУ ПРОЦЕСІНІҢ ОҢТАЙЛЫ РЕЖИМДЕРІН ТЕОРИЯЛЫҚ ЗЕРТТЕУ ЖӘНЕ ШЕШУ. ҚР ҰЯО жаршысы. 2023;(4):22-31. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-22-31
For citation:
Rakhadilov B.K., Kurbanbekov S.R., Seitov B., Mukanova N., Baltabayeva D.E., Katpayeva K. SPRAYING PROCESS FOR Cr3C2-NiCr COATING. NNC RK Bulletin. 2023;(4):22-31. (In Russ.) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-22-31