Thanh bên bài viết
NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT LỚP PHỦ Ni-Cr-Cr3C2 LÊN THÉP CHẾ TẠO XUPAP
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Nghiên cứu tập trung phân tích đặc tính của lớp phủ composite Ni-Cr/ Cr3C2 được chế tạo bằng công nghệ phun phủ nhiệt. Kết quả thực nghiệm cho thấy lớp phủ có cấu trúc đặc chắc, ít lỗ xốp, với độ dày trung bình khoảng 180µm. Tổ chức tế vi thể hiện sự phân bố đồng đều của các hạt pha cứng crom cacbit (Cr3C2) trong ma trận liên kết Ni-Cr dẻo dai, tạo nên sự liên kết cài răng lược chặt chẽ với vật liệu nền. Về mặt cơ tính, lớp phủ đạt độ cứng vượt trội, dao động từ 677,8 đến 707,1 HV0.3, gấp khoảng 5,2 lần so với nền thép. Mặc dù độ bám dính của hệ mẫu hoàn chỉnh (15,80MPa) thấp hơn so với lớp lót đơn thuần (25,21MPa) do ứng suất nội tại từ pha cứng, giá trị này vẫn đảm bảo yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt. Đặc biệt, khả năng kháng mài mòn của lớp phủ rất ấn tượng với cường độ mòn trung bình chỉ 4,85 10-9 kg/N.m. Sự kết hợp giữa độ cứng cao của Cr3C2 và khả năng bao bọc của ma trận Ni-Cr đã thiết lập một hàng rào bảo vệ bề mặt ưu việt, giúp giảm thiểu đáng kể sự hao hụt vật liệu do ma sát.
Abstract
This study analyzes the characteristics of Ni-Cr/ Cr3C2 composite coatings fabricated using thermal spray technology. Experimental results indicate that the coating possesses a dense structure with low porosity and an average thickness of approximately 180µm. The microstructure exhibits a uniform distribution of chromium carbide (Cr3C2) hard particles within a ductile Ni-Cr binder matrix, creating a robust mechanical interlocking bond with the substrate. Regarding mechanical properties, the coating achieves superior hardness, ranging from 677.8 to 707.1 HV0.3 which is approximately 5.2 times higher than that of the substrate. Although the adhesion strength of the complete coating system (15.80MPa) is lower than that of the bond coat alone (25.21MPa) due to internal stresses from the hard phase, this value remains sufficient for operation under harsh conditions. Notably, the wear resistance of the coating is impressive, with an average wear rate of only 4,85 10-9 kg/N.m. The synergy between the high hardness of Cr3C2 and the encapsulation provided by the Ni-Cr matrix establishes an excellent surface protection barrier, significantly minimizing material loss due to friction.
Keywords: Engine valve steel, Plasma spray coating; microstructure, hardness, adhesion.
Từ khóa
thép chế tạo xupap, phun phủ plasma, tổ chức lớp phủ, pha
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
doi: 10.1155/2019/8796958.
[2] L. Q. Cuong et al. (2020), High-temperature oxidation-resistant nicr/al duplex coating on carbon steel substrate, Vietnam J. Sci. Technol., Vol.58, No.1.
doi: 10.15625/2525-2518/57/6/13483.
[3] S. Matthews, A. Asadov, S. Ruddell, and L. M. Berger (2017), Thermally induced metallurgical processes in Cr3C2-NiCr thermal spray coatings as a function of carbide dissolution, J. Alloys Compd., Vol.728.
doi: 10.1016/j.jallcom.2017.08.246.
[4] T. Nguyen Van, T. A. Nguyen, Q. Le Thu, and H. Pham Thi (2019), Influence of plasma spraying parameters on microstructure and corrosion resistance of Cr3C2-25NiCr cermet carbide coating’, Anti-Corrosion Methods Mater., Vol.66, No.3.
doi: 10.1108/ACMM-09-2018-2003.
[5] T. Van Nguyen et al. (2022), Sealing Treatment of Plasma-Sprayed Cr3C2-NiCr/Al2O3-TiO2 Coating by Aluminum Phosphate Sealant Containing Al2O3 Nanoparticles.
doi: 10.1007/s11666-021-01263-2.
[6] M. Laribi, A. B. Vannes, and D. Treheux (2006), On a determination of wear resistance and adhesion of molybdenum, Cr-Ni and Cr-Mn steel coatings thermally sprayed on a 35CrMo4 steel, Surf. Coatings Technol., Vol.200, No.8, pp.2704-2710.
doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.12.036.
[7] M. Nakamori, I. Mizuta, T. Sada, and Y. Furuyashiki (1993), Sulfidation of Water-Wall Tubes in Low Grades Oil Firing Boilers and Its Prevention by Plasma Spray Coating of Ni-Cr Alloy, Zairyo-to-Kankyo, Vol.42, No.6, pp.368-376.
doi: 10.3323/jcorr1991.42.368.
[8] T. Sundararajan, S. Kuroda, T. Itagaki, and F. Abe (2003), Steam oxidation resistance of Ni-Cr thermal spray coatings on 9Cr-1Mo steel. Part 1: 80Ni-20Cr, ISIJ Int., Vol.43, No.1.
doi: 10.2355/isijinternational.43.95.
[9] T. Sundararajan, S. Kuroda, T. Itagaki, and F. Abe (2003), Steam oxidation resistance of Ni-Cr thermal spray coatings on 9Cr-1Mo steel. Part 2: 50Ni-50Cr, ISIJ Int., Vol.43, Vo.1, pp. 104-111.
doi: 10.2355/isijinternational.43.104.
[10] H. Skulev and D. Veselinov (2022), The influence of steel and cast iron as substrate materials on the microstructure, microhardness and wear resistance of nickel-base ti-al plasma spray coatings, Comptes Rendus L’Academie Bulg. des Sci., Vol.75, No.11.
doi: 10.7546/CRABS.2022.11.13.
[11] I. M. Anghel, D. Uțu, I. Mitelea, A. T. Constantin, and I. D. Uțu (2024), Surface Characteristics of Vacuum-Plasma-Sprayed Reinforced Stainless Steel Coatings with TiC Particles’, Coatings, Vol.14, No.3.
doi: 10.3390/coatings14030289.
[12] C. D. Prasad et al. (2025), Characterization and wear behavior of plasma-sprayed hard-faced silicon carbide coatings on AISI 410 steel substrate, J. Mater. Sci. Mater. Eng., Vol.20, No.1.
doi: 10.1186/s40712-025-00286-9.
[13] J. Radilla, H. Martínez, O. Vázquez, and B. Campillo (2024), Atmospheric Plasma Treatment to Improve PHB Coatings on 316L Stainless Steel’, Polymers (Basel)., Vol.16, No.14.
doi: 10.3390/polym16142073.
[14] H. Hartl, J. Davies, G. Will, K. Ostrikov, and J. MacLeod (2023), Plasma - enabled superhydrophobic coatings on mild steel, Sci. Rep., Vol.13, No.1.
doi: 10.1038/s41598-022-26695-w.
[15] K. Sonoya, C. J. Li, G. C. Ji, and Y. Y. Wang (1996), Abrasion and erosion wear resistance of Cr3C2-NiCrcoatings prepared by plasma, detonation and high velocity oxyfuel spraying, Proc. 7th Natl. Therm. sray Conf. Bost., Vol.121, No.1.
Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả
- NGUYỄN ANH XUÂN, NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA MỐI HÀN TITAN , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 75 (2023): Số 75 (08/2023)