Preview

Вестник НЯЦ РК

Расширенный поиск

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕШЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ HVOF ДЛЯ ПОКРЫТИЯ Cr3C2-NiCr

https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-22-31

Аннотация

В статье рассмотрены теоретические исследования покрытия из Cr3C2-NiCr для подложки из циркония. Для получения данного покрытия был исследован один из высокоэффективных методов – высокоскоростное кислородно-топливное термическое напыление (HVOF). Нанесение покрытия производилась на различные образцы подложек из циркония толщиной 3–5 мм, длиной 20 мм и шириной 30 мм, при скорости напыления 600–700 м/с. Температура во время напыления методом HVOF составляет около 3000 °С, температура охлаждения 27 °С. Исследуя теоретические данные для покрытия из Cr3C2-NiCr определены развивающиеся и тепловые напряжения после обработки HVOF методом Стоуна и уравнениями Бреннера и Сендероффа с толщиной покрытия не более 0,6 мм для карбидных покрытий. По результатам теоретических исследований были найдены значения эффективности осаждения методом, предложенным Kosaku Shinoda. По результатам теоретических и математических расчетов эффективность осаждения для покрытия из Cr3C2-NiCr с подложкой циркония находится в пределах 59,5–69,4%. Таким образом, было установлено, что эффективность осаждения для покрытий зависит от толщины подложки, скорости подачи порошка, а также от массы наносимого материала и, соответственно, от количества проходов напыления.

Об авторах

Б. К. Рахадилов
Восточно-Казахстанский университет им. С. Аманжолова
Казахстан

Усть-Каменогорск 



Ш. Р. Курбанбеков
Восточно-Казахстанский университет им. С. Аманжолова; Международный казахско-турецкий университет имени Х.А. Ясави; ТОО «Институт инновационных технологий и новых материалов»
Казахстан


Б. Сейтов
Восточно-Казахстанский университет им. С. Аманжолова
Казахстан


Н. Муктанова
Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева
Казахстан


Д. Э. Балтабаева
Международный казахско-турецкий университет имени Х.А. Ясави; ТОО «Институт инновационных технологий и новых материалов»
Казахстан


К. Катпаева
Восточно-Казахстанский университет им. С. Аманжолова
Казахстан


Список литературы

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.


Дополнительные файлы

Рецензия

Для цитирования:


Рахадилов Б.К., Курбанбеков Ш.Р., Сейтов Б., Муктанова Н., Балтабаева Д.Э., Катпаева К. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕШЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ HVOF ДЛЯ ПОКРЫТИЯ Cr3C2-NiCr. Вестник НЯЦ РК. 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

Просмотров: 549


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7516 (Print)
ISSN 1729-7885 (Online)