STUDY OF THE CHEMICAL PROCESS OF SURFACE LAYER FORMATION DURING PLASMA HEATING OF A COATING CONTAINING AN ALLOY OF THE NiCrBSi SYSTEM
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-10-56-63Keywords:
chemical process, plasma heating, PVA glue, silicate glue, paste, NiCrBSiAbstract
The analysis of the possibility of the chemical process of forming a surface alloyed layer is carried out. The results of preliminary experiments on the formation of surface layer phases using an alloy of NiCrBSi systems are presented. According to theoretical studies, there are possible crystal structures, but almost all of them are not formed. The benefits of forming phase crystal structures depend on the Gibbs free energy. During the remelting process, the coating and several substrates melt. Under the convection of plasma arc remelting, the nickel-based alloy powder entered the molten pool. It is shown that with increasing temperature the Gibbs free energy decreases. This indicates that the synthesis reaction has a higher probability of occurring at high temperature. Ni2Si was found to have lower free energy than Cr3Si, but this does not mean that Ni2Si is the most likely phase to form in coatings. Cr3Si has a higher melting point (2043 K) than Ni2Si (<1728 K), therefore, the Cr3Si phase began to crystallize and precipitate before the formation of Ni2Si. Ni was enriched in interdendritic Cr3Si. At high temperatures, Cr6Ni16Si7 and Cr3Ni5Si2 had lower free energy than Ni2Si and Cr2Ni3, respectively. Comparing the Gibbs free energy, he comes to the conclusion that the probability of formation of a number of phases Cr3Si, Ni2Si, Cr2Ni3, Cr6Ni16Si7, Cr3Ni5Si2 is significantly less for a number of Cr23C6, Cr7C3, CrB, Ni3B. It has been confirmed that to form a surface alloy layer, a complex process of action occurs between several components contained in the alloy and adhesives. A study of the thermodynamics of possible reactions noted that the probability of the formation of γ-Cr, γ-Ni, γ-Fe, (Fe, Cr)23C6, Cr23C6, Cr7C3, CrB, Ni3B, Ni3Si phases is significantly higher than that of other phases, as well as Cr3Si, Ni2Si, Cr2Ni3, Cr6Ni16Si7, Cr3Ni5Si2. The remaining products from plasma heating are possibly metal oxides, which can be released on the surface of the coating as welding slag.
References
Бердников А. А., Филиппов М. А., Студенок Е. С. Структура закаленных углеродистых сталей после плазменного поверхностного нагрева // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. № 6. С. 2–4.
Чудина О. В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева // Теория и технология. — М.: МАДИ (ГТУ), 2003. — 248 с.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Плазменная поверхностная цементация с использованием графитового по-крытия // Письма о материалах. 2017. Т. 7. № 2 (26). С. 175–179.
Balanovskii A. E., Grechneva M. V., Huy V. V., Zhuravlev D. A. New plasma carburizing method // IOP Con-ference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 87. Iss. 9. 092003. DOI: 10.1088/1755-1315/87/9/092003.
Mihailo M. R. Microstructure and mechanical properties of nickel-chrome-bor-silicon layers produced by the atmospheric plasma spray process // Military Technical Courier. 2012. V. 60. № 1. Р. 183–200.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Исследование износостойкости поверхности стали после плазменной це-ментации с использованием углеродосодержащей пасты // Вестник Иркутского государственного тех-нического университета. 2017. Т. 21. № 4 (123). С. 10–21.
Балановский А. Е. Плазменное поверхностное упрочнение металлов. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. — 180 с.
Ву В. Г., Балановский А. Е. Пароводяная плазменная цементация в твердой фазе на установке Multiplaz 3500 // Инновация в науке. 2015. Т. 51. № 1. С. 95–102.
Vu V. H., Doan V. T., Nguyen V. T., Balanovskiy A. E. Surface saturation with carbon using plasma arc and graphite coating // Tribology in Industry. 2021. V. 43. № 2. P. 211–221.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Насыщение поверхностного слоя металла хромом и углеродом при плаз-менном нагреве // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): мате-риалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. — Иркутск: ИрГТУ. 2018. С. 134–139.
Соболева Н. Н., Макаров А. В., Малыгина И. Ю. Упрочняющая фрикционная обработка NiCrBSi лазер-ного покрытия // Обработка металлов. 2013. Т. 61. № 4. С. 79–85.
Борисов Ю. С., Хаскин В. Ю. Комбинированная лазерно-микроплазменная наплавка порошками спла-вов системы NiCrBSi // Научно-технический раздел. 2012. С. 18–24.
Макаров А. В., Соболева Н. Н., Малыгина И. Ю. Повышение микромеханических свойств и износостой-кости хромоникелевого покрытия финишной фрикционной обработкой // Вектор науки ТГУ. 2015. Т. 34. № 4. С. 60–67.
Zhang P., Li M., Yu Z. Microstructures Evolution and Micromechanics Features of Ni–Cr–Si Coatings Deposit-ed on Copper by Laser Cladding // Materials. 2018. V. 11. 875.
Япольский М. С., Мелентьев С. В., Клопотов А. А. Структурно-фазовое состояние поверхности, полу-ченной плазменным напылением порошка ПГСР-4 после облучения электронным пучком // Избранные доклады 63-й университетской научно-технической И32 конференции студентов и молодых ученых. — Томск. 2017. С. 359–361.
Tokunaga T., Nishio K., Hasebe M. Thermodynamic Study of Phase Equilibria in the Ni–Si–B System // Jour-nal of Phase Equilibria. 2001. V. 22. Р. 291–299.
Lindholm M. A Thermodynamic Description of the Fe–Cr–Si System with Emphasis on the Equilibria of the Sigma (G) Phase // Journal of Phase Equilibria. 1997. V. 18. № 5. P. 1–12.
Астафьева Н. А., Бузин А. С. Исследование влияния видов предварительной обработки на качество сварных облегченных конструкций из алюминиевых сплавов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 10–18.
Kossyrev K., Marushkin K., Alikhanyan A. S., Olsen S. E. Determination of component activities in the Cr–Si–C and Cr–Fe–Si–C melts // Infacon IX – The Ninth International Ferroalloys Congress. 2001. P. 72–79.
Ducki K. J. Analysis of the Precipitation and Growth Processes of the Intermetallic Phases in a Fe–Ni // Superal-loy, IntechOpen. 2015. P. 1–8. DOI: 10.5772/61159.
Cao X. Z., Xiao L. Thermodynamics of Inorganic Materials. — Science Press, Beijing, China. 1997. P. 1–7.
Zhu H., Sun X., Yu Z. etc. Reaction mechanisms, resultant microstructures and tensile properties of Al-based composites fabricated in situ from Al–SiO2–Mg system // Advanced Powder Technology. 2017. V. 28. P. 2572–2580.
Long Z., Tang C., Ding J. etc. Experimental investigation and thermodynamic description of the Li–Si–Ni ter-nary system // Calphad. 2015. V. 51. Р. 13–23. DOI: 10.1016/j.calphad.2015.06.007.
Ye D. L., Hu J. H. Practical Handbook of Thermodynamic Data Handbook for Inorganic Substances, 2nd ed. —Metallurgical Industry Press, Beijing, 2002. P. 298–727.
Астафьева Н. А. Пластическое деформирование режущих элементов сложной геометрии из быстроре-жущих сталей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. T. 61. № 1. С. 22–26.
Huang Y., Zeng X. Investigation on cracking behavior of Ni-based coating by laser-induction hybrid cladding // Applied Surface Science. 2010. V. 256. Р. 5985–5992.
Астафьева Н. А. Тенденция развития паянных соединений режущего инструмента из быстрорежущей стали // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2007. T. 32. № 4. С. 129–130.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
