We report on the effects of mixing of powders with various particle sizes on fracture toughness and wear resistance of thermally sprayed WC-10Co-4Cr coating layers fabricated by HVOF (high-velocity oxygen fuel) process. The size and the mixing ratio of powders were changed in order to get high fracture toughness and wear resistance. The mixing of small amount of coarse powders with fine powders resulted in the highest fracture toughness and wear resistance due to the lowest porosity in coating layers.
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.
Kyoung-Wook Kim;Young-Kyun Kim;Sun-Hong Park;Kee-Ahn Lee
Archives of Metallurgy and Materials
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제66권3호
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pp.713-717
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2021
This study fabricated a WC/T-800 cermet coating layer with Co-Mo-Cr (T-800) powder and WC powder using laser cladding, and analyzed its microstructure, hardness and wear properties. For comparison, casted bulk T-800 was used. Laser cladded WC/T-800 cermet coating layer showed circular WC phases in the Co matrix, and dendritic laves phases. The average laves phase size in the cermet coating layer and bulk T-800 measured as 7.9 ㎛ and 60.6 ㎛, respectively, indicating that the cermet coating layer had a relatively finer laves phase. Upon conducting a wear test, the cermet coating layer added with WC showed better wear resistance. In the case of laser cladded WC/T-800 cermet coating layer, abrasion wear was observed; on the contrary, the bulk T-800 showed pulled out laves phases. Based on the above findings, the WC/T-800 cermet coating layer using laser cladding and the relationship between its microstructure and wear behavior were discussed.
Due to the good corrosion resistance and machinability, copper alloy is commonly employed for shipbuilding, hydroelectric power and tidal power industries. The Cu alloy, however, has poor durability, and the seawater application at fast flow condition becomes vulnerable to cavitation damage leading to economic loss and risking safety. The HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) thermal spray coating with WC-10Co4Cr were therefore introduced as a replacement for chromium or ceramic to minimize the cavitation damage and secure durablility under high-velocity and high-pressure fluid flow. Cavitation test was conducted in seawater at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ with an amplitude of $30{\mu}m$ on HVOF WC-10Co4Cr coatings produced by thermal spray. The cavitation at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ exposed the substrate in 12.5 hours and in 10 hours, respectively. Starting from 5 hours of cavitation, the coating layer continued to show damage by higher than 160% over time when the temperature of seawater was elevated from $15^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$. Under cavitation environment, although WC-10Co4Cr has good wear resistance and durability, increase in temperature may accelerate the damage rate of the coating layer mainly due to cavitation damage.
High velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spraying coating has been used widely throughout the last 60 years mainly in defense, aerospace, and power plants. Recently this coating technique is considered as a promising candidate for the replacement of the traditional electrolytic hard chrome plating (EHC) which pollutes the environment and causes lung cancer by toxic hexa-valent $Cr^{6+}$. In this study, two kinds of cermet coatings, WC-CoCr and WC-CrC-Ni, are formed by HVOF spraying. The corrosion and electrochemical properties are evaluated by polarization tests in 3.5 wt% solutions.
Thermally sprayed tungsten carbide-based powder coatings are being widely used for a variety of wear resistance applications. The coating deposited by high velocity processes such as high velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spraying is known to provide improved wear resistant property. In this study, optimal coating process (OCP) is obtained by the study of coating properties such as surface hardness, porosity, surface roughness and microstructure of 9 coatings prepared by Taguchi program for 3 levels of four spray parameters. The Friction and wear behaviors of HVOF WC-CoCr coating prepared by OCP, electrolytic hard chrome (EHC) plating and Inconel718 (In718) are investigated by reciprocating sliding wear test at $25^{\circ}C$, $450^{\circ}C$. Friction coefficients (FC) of all of the 3 samples are decreased as increasing sliding surface temperature from $25^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$. FC of WC-CoCr decreases as increasing the surface temperature from $0.33{\pm}0.02$ at $25^{\circ}C$ to $0.26{\pm}0.02$ at $450^{\circ}C$, showing the lowest FC among the 3 samples. Wear trace (WT) and wear depth (WD) of WC-CoCr are smaller than those of EHC and In718 both at $25^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. These show that WC-CoCr is highly recommendable for protective coating on In718 and other metal components.
Hard chrome plating has been used in surface hard coating over 50 years both for applying hard coating and re-building of worn components. Hard chrome plating solution and mist pollute environment with very toxic $Cr^{6+}$(hex-Cr) known as carcinogen which causes lung cancer, High velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spray coatings of WC base cermet and Co-alloy powders are the most promising candidates for the replacement of the traditional hard chrome plating. Surface properties, wear, and friction behaviors of micron size Co-alloy (T800) and micron size WC-l2Co (WC-Co) have been studied for the application as hard coatings. The temperature dependence of wear and friction behaviors of T800 and WC-Co have been investigated at the temperature of $25^{\circ}C$ and $538^{\circ}C$ for the application to high speed spindle.
In this study we manufacture a Ni-Cr-B-Si +WC/12Co composite coating layer on a Cu base material using a laser cladding (LC) process, and investigate the microstructural and mechanical properties of the LC coating and Ni electroplating layers (reference material). The initial powder used for the LC coating layer is a powder feedstock with an average particle size of $125{\mu}m$. To identify the microstructural and mechanical properties, OM, SEM, XRD, room and high temperature hardness, and wear tests are implemented. Microstructural observation of the initial powder and LC coating layer confirm the layer is composed mainly of ${\gamma}-Ni$ phases and WC and $Cr_{23}C_6$ carbides. The measured hardness of the LC coating and Ni electroplating layers are 653 and 154 Hv, respectively. The hardness measurement from room up to high temperatures of $700^{\circ}C$ result in a hardness decrease as the temperature increases, but the hardness of the LC coating layer is higher for all temperature conditions. Room temperature wear results show that the wear loss of the LC coating layer is 1/12 of the wear level of the Ni electroplating layer. The measured bond strength is also greater in the LC coating than the Ni electroplating.
The TiAlCrSiN film was deposited on the WC-20%TiC-10%Co carbide, and its oxidation behavior was examined at $700-1000^{\circ}C$. It displayed relatively good oxidation resistance owing to the formation of $TiO_2$, $Al_2O_3$, $Cr_2O_3$, and $SiO_2$ up to $900^{\circ}C$. However, at $1000^{\circ}C$, the fast oxidation rate and partial oxidation of WC in the substrate led to the formation of the thick, fragile oxide scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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