With the increasing attention to environmental pollution caused by particulate matter globally, the automotive industry has also become increasingly interested in particulate matter, especially particulate matter generated by automobile brake systems. Here, we designed a coating composition and analyzed its mechanical properties to reduce particulate matter generated by brake systems during braking of vehicles. We designed a composition to check the mechanical properties change by adding Cr3C2 and YSZ to the WC-Ni-Cr composite composition. Based on the designed composition, coating samples were manufactured, and the coating properties were analyzed by Vickers hardness and ball-on-disk tests. As a result of the experiments, we found that the hardness and friction coefficient of the coating increased as the amount of Cr3C2 added decreased. Furthermore, we found that the hardness of the coating layer decreased when YSZ was added at 20vol%, but the friction coefficient was higher than the composition with Cr3C2 addition.
Spray coating is a versatile surface modification technology in which coating is built-up based on the successive deposition of micron-scaled particles. Depending on the coating materials, the coatings can meet the required mechanical properties, corrosion resistance, and other properties of base materials. Spraying processes are mainly classified into thermal and kinetic spraying according to their bonding mechanism and deposition characteristics. Specifically, thermal spraying process can be further classified into many categories based on the design and mechanism of the process, such as frame spraying, arc spraying, atmospheric plasma spraying (APS), and high velocity oxygen-fuel (HVOF) spraying, etc. Kinetic spraying or cold gas dynamic spraying is a newly emerging coating technique which is low-temperature and high-pressure coating process. In this paper, overall view of thermal and kinetic spray coating technologies is discussed in terms of fundamentals and industrial applications. The technological characteristics and bonding mechanism of each process are introduced. Deposition behavior and properties of technologically remarkable materials are reviewed. Furthermore, industrial applications of spray coating technology and its potentials are prospected.
The high velocity oxygen fuel(HVOF) thermal spray is a kind of surface modification techniques to produce the sprayed coating layer. This process is to form the coating layer after spraying the powder to molten or semi-molten state by the ultra-high speed at the high-temperature heat source and conflicting with a substrate. The efficiency of thermal spraying is dropped, however, because the semi-molten powder in a spray process become a factor that degrades the mechanical property by the formed pore within the coating layer. Therefore, it is necessary to melt completely the thermal spray powder in order to produce the coating layer with an optimal adhesive force. In this study, to improve the wear resistance, corrosion resistance and heat resistance, the plungers of high-speed and ultra-high pressure reciprocating hydraulic pumps used in ironworks are manufactured with STS $420J_2$ and are coated by the powders of WC-Co-Cr and WC-Cr-Ni including the WC of high hardness using a HVOF thermal sprayer developed in this laboratory. These are called by the surface-modified plungers. The surface roughness, hardness, and surface and cross-sectional microstructure of these two surface-modified and conventional ceramic plungers are measured and compared before operation with after operation for 100 days. It is found that the values of centerline average surface roughness and maximum height for conventional ceramic plunger are 9.5 to 10.8 and 5.2 to 5.7 times higher than those of surface-modified ones coated by WC-Co-Cr and WC-Cr-Ni because the fine tops and bottoms on surface roughness curve of conventional ceramic plunger are approximately 100 times higher than those of surface-modified ones. In addition, the pores and scratches in the surface microstructure are considerably formed in the order of conventional ceramic, WC-Cr-Ni and WC-Co-Cr surface-modified plungers. The greater the WC content of high hardness powder is less the change in the plunger surface.
Characteristics of the wear resistance thermal sprayed coatings was investigated in order to determine proper coating process. Hardness evaluation and microstructural observation were conducted to find relationship between coating characteristics and its wear performance. It was found that HVOF process would give better properties than arc thermal process in terms of hardness and adhesion strength which resultantly determine wear performance of the coatings.
The corrosion properties of Ni-Cr-W-Mo-B alloy sprayed by the high velocity oxy-fuel spraying (HVOF) was studied as a function of heat treatment by using both potentiodynamic polarization and immersion tests in the H₂SO₄ solution. The mechanical property was also evaluated by a microhardness tester. Microstructural characteristics of te as-sprayed and annealed coatings at 550, 750 and 950℃ have been analyzed by means of OM, XRD, SEM and TEM. The results showed that the corrosion resistance was improved by increasing the annealing temperature. As-sprayed coating had metastable and heterogeneous phases such as amorphous, nanocrystalline and very refined grain and precipitates, which induced a localized corrosion. The localized corrosion occurred preferentially at the unmelted particles which were composed of Ni matrix and Cr, W and Mo riched phase segregated in the boundaries. As annealing temperature was increased, the microstructure had shown some changes - reduction of porosity and s[plat boundary decomposition and crystallization of amorphous/nanocrystalline phases, grain coarsening,, formation and growth of precipitates such as {TEX}$M_{23}C_{6}${/TEX} and {TEX}$M_{7}C_{3}${/TEX}. In addition, the compositional difference between matrix and boundary phases gradually disappeared, which changed the corrosion type from localized corrosion to general corrosion and thus enhanced corrosion resistance.
HVOF(High Velocity Oxygen Fuel)법을 사용한 MCrAlY(M=Ni, Co, Fe)계 열차폐 코팅(thermal barrier coating)은 열기관 내부의 극심한 환경 부하에 대해 구조물 표면에 열적, 화학적 장벽을 형성함으로써 구조물의 내구성을 향상시킨다 이와 동시에 열차폐 효과는 구조물의 온도상승 없이 내부 가동 온도를 높일 수 있게 함으로써 열효율을 상승시키고 연료 효율을 높여 가동비용 절감을 이룰 수 있는 동시에 고 연소를 통한 오염원의 배출을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 $H_2O$$_2$=5:1 분위기 하에서 HVOF법을 사용하여 Hastelloy-X 기판위에 125$\mu\textrm{m}$의 두께로 다음 5종류의 (Ni, Co, Cr)계 MCrAlY 코팅을 용사시켰다. 준비된 (Ni, Co)-Cr-Al-(Y, Ta, Re), (Ni, Co)-Cr-Al-(Y, Re), (Ni, Co)-Cr-Al-(Y, Ta), (Ni, Co)-Cr-Al-Y, (Ni,Co)-Cr-Al-Ir 코팅시편에 대한 산화성질을 조사하기 위해 대기 중 1000, 1100, 120$0^{\circ}C$에서 50, 100, 150, 200시간 등온실험(Isothermal oxidation)을 실시하였고, XRD, SEM/EDS, EPMA를 이용하여 생성된 산화막과 코팅 시편의 조직 변화를 조사하였다. 산화온도와 산화시간이 증가할수록 산화막의 박리가 많이 발생하였으며, 분석 결과 미세하게 분포된 a-Al$_2$O$_3$ 입자, NiCr$_2$O$_4$스피넬 상, 미세한 Cr$_2$O$_3$가 관찰되었고, 코팅 조성 변화에 따라 형성되는 이들 산화물의 존재비가 달라졌으며, 산화온도가 높아질수록 산화속도가 가속화되었다.
Thermal spray coating process has proven to be effective at producing hard, dense, wear resistance coatings on the relatively mild substrates. Among several spraying techniques, HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) and plasma coating processes, which are preferentially used for the wear resistance application such as capstans, have been applied in this study. The effects of pre-treatment, it-process and post-treatment parameters on the wear and mechanical properties of WC+12%Co, Cr3C2 and Al2O3 powder coatings have been investigated and correlated with the microstructures. The results indicated that the carbide coating was more preferable to the oxide coatings and the post-treatments consisting of vacuum annealing and sealing on carbide coatings led to significant improvements in wear resistance, adhesive strength and coating phase stabilization over the other processing techniques in this application.
Cho, Tong Yul;Yoon, Jae Hong;Kim, Kil Su;Song, Ki Oh;Youn, Suk Jo;Chun, Hui Gon;Hwang, Soon Young
Corrosion Science and Technology
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제6권4호
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pp.159-163
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2007
Micron size Co-alloy 800 (T800) powder is coated on the high temperature, oxidation and corrosion resistant super alloy Inconel 718 substrate by the optimal high velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spray coating process developed by this laboratory. For the study of durability improvement of high speed spindle operating without lubricants, friction and sliding wear behaviors of the coatings are investigated both at room and at an elevated temperature of $1000^{\circ}F(538^{\circ}C)$. Friction coefficients, wear traces and wear debris of coatings are drastically reduced compared to those of non-coated surface of Inconel 718 substrate both at room temperature and at $538^{\circ}C$. Friction coefficients and wear traces of both coated and non-coated surfaces are drastically reduced at higher temperature of $538^{\circ}C$ compared with those at room temperature. At high temperature, the brittle oxides such as CoO, $Co_{3}O_{4}$, $MoO_2$ and $MoO_3$ are formed rapidly on the sliding surfaces, and the brittle oxide phases are easily attrited by reciprocating slides at high temperature through oxidation and abrasive wear mechanisms. The brittle solid oxide particles, softens, melts and partial-melts play roles as solid and liquid lubricants reducing friction coefficient and wear. These show that the coating is highly recommendable for the durability improvement coating on the machine component surfaces vulnerable to frictional heat and wear.
Tribaloy 800 (T800) powder is coated on the Inconel 718 substrate by the optimal High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) thermal spray coating process developed by this laboratory. For the study of the possibility of replacing of the widely used classical chrome plating, friction, wear properties and sliding wear mechanism of coatings are investigated using reciprocating sliding tester both at room and at an elevated temperature of $1000^{\circ}F\;(538^{\circ}C). Both at room temperature and at $538^{\circ}C$, friction coefficients and wear debris of coatings are drastically reduced compared to those of non-coated surface of Inconel 718 substrate. Friction coefficients and wear traces of both coated and non-coated surfaces are drastically reduced at higher temperature of $538^{\circ}C$ compared with those at room temperature. At high temperature, the brittle oxides such as $CoO,\;Co_3O_4,\;MoO_2,\;MoO_3$ are formed rapidly on the sliding surfaces, and the brittle oxide phases are easily attrited by reciprocating slides at high temperature through complicated mixed wear mechanisms. The sliding surfaces are worn by the mixed mechanisms such as oxidative wear, abrasion, slurry erosion. The brittle oxide particles and melts and partial-melts play roles as solid and liquid lubricant reducing friction coefficient and wear. These show that the coating is highly recommendable for the durability improvement coating on the surfaces vulnerable to frictional heat and wear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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