Вплив технологічних параметрів процесу плазмово-дугового напилення порошкового дроту на cтруктуру і властивості інтерметалідних покриттів на основі Fe3Al

Existing techniques for applying intermetallide layers are characterized by low productivity, difficulties associated with the maintenance and operation of technological equipment, as well as significant costs for the purchase of materials for spraying. Therefore, modern science shows considerable interest in the development of new, highly effective technologies to form intermetallide coatings on the surface of articles. Such promising techniques include the technology of plasma-arc spraying (PAS) of flux-cored wires. This technique has a number of significant advantages, namely high performance, relative simplicity, as well as the affordability of equipment and materials for coating. This paper reports a study into the structure and properties of coatings obtained by flux-cored wire PAS, in which the steel sheath and aluminum powder filler interact when heated with the exothermic effect of Fe3Al synthesis. The influence of technological parameters of PAS process on the structure and properties of Fe-Al coatings was investigated by means of mathematical planning of the experiment. It was found that in all samples the main phase is an intermetallide of the Fe3Al type. Tests for gas-abrasive wear resistance at room temperature showed that the wear resistance of coatings exceeds the stability of steel S235 by an average of 2 times. As a result of studying the electrochemical properties in a 3-% aqueous solution of NaCl and in a 0.5-% solution of H2SO4, the score of corrosion resistance for these media was determined, which was, respectively, 4 and 5 (coatings belong to the group of "resistant"). In this regard, the practical use of coatings based on the Fe3Al intermetallide is recommended for protection against oxidation, corrosion, and gas-abrasive wear of components and assemblies in the heat power industry (heat exchanger pipes, catalytic converters, steam turbine blades, shut-off valves, etc.)Існуючі способи нанесення інтерметалідних шарів характеризуються низькою продуктивністю, складнощами пов’язаними з обслуговуванням і експлуатацією технологічного обладнання та значними витратами на закупівлю матеріалів для напилення. Тому, сучасна наука виявляє значний інтерес до питань розробки нових, високоефективних технологій формування на поверхні виробів інтерметалідних покриттів. До таких перспективних способів слід віднести технологію плазмово-дугового напилення (ПДН) порошкових дротів. Цей спосіб має ряд значних переваг, а саме високу продуктивність, відносну просту та доступність обладнання та матеріалів для нанесення покриттів. Було досліджено структуру і властивості покриттів, отриманих ПДН порошкового дроту, в якому сталева оболонка та наповнювач із порошку алюмінію взаємодіє при нагріванні з екзотермічним ефектом синтезу Fe3Al. Шляхом математичного планування експерименту досліджено вплив технологічних параметрів процесу ПДН на структуру та властивості Fe-Al покриттів. З’ясовано, що у всіх зразках основною фазою є інтерметалід типу Fe3Al. Випробування на газоабразивну зносостійкість при кімнатній температурі показали, що зносостійкість покриттів перевищує стійкість сталі S235 в середньому у 2 рази. В результаті досліджень електрохімічних властивостей в 3 % водному розчину NaCl та у 0,5 % розчині H2SO4, визначено бал корозійної стійкості для даних середовищ, cтановить відповідно, 4 і 5 (покриття належать до групи «стійких»). У зв’язку з цим рекомендовано практичне застосування покриттів на основі інтерметаліду Fe3Al для захисту від окиснення, корозії та газоабразивного зносу вузлів і агрегатів в теплоенергетиці (труби теплообмінників, каталітичні нейтралізатори, лопатки парових турбін, запорна арматура, та ін.

Особливості структуроутворення при наплавленні сталі (заліза) на титан із плазмово-напиленими покриттями в технології отримання стикового з’єднання біметалевих пластин «титан – сталь»

The object of this study is structural formation during the surfacing of steel (iron) on titanium with plasma-sprayed coatings to obtain a butt connection of titanium-steel bimetallic plates. The task to be solved was to devise a technology for applying a barrier layer between titanium and steel to obtain a defect-free butt joint of the edges of bimetallic sheets of carbon steel, clad with a layer of titanium, under conditions of arc or plasma surfacing of carbon steel on titanium. The application of the barrier layer was carried out by plasma spraying of steel wire or iron powder. In this case, a coating with a thickness of 150...750 μm was applied on Grade2 titanium, on which 1–2 mm thick layers of materials similar to the sprayed ones were deposited by arc and plasma deposition. It was established that during spraying with subsequent surfacing of steel wire or iron powder, the main technological factors for eliminating cracks in the resulting compound are the thickness of the sprayed coating and the amount of linear surfacing energy. The thickness of the sprayed coating was selected (at least 400...600 microns) followed by plasma surfacing of ER70S-6 steel wire with a diameter of 1.0 mm or CNPC-Fe200 iron powder with unit energy up to ~200...250 J/mm. A defect-free transition layer from titanium to steel was obtained. It is a continuous layer with a thickness of 50–60 microns, consisting of intermetalides FeTi and FeTi2, as well as a β-phase titanium with an enhanced iron content, which retains certain ductility without cracks and other defects. With the help of the devised approach for connecting titanium-steel bimetallic edges, it is planned to manufacture seam bimetallic pipes for main pipelines to transport oil and gas raw materials extracted from wells.Об’єкт дослідження – структуроутворення при наплавленні сталі (заліза) на титан із плазмово-напиленими покриттями для отримання стикового з’єднання біметалевих пластин «титан – сталь». Проблема, що вирішувалася, – створення технології нанесення бар’єрного прошарку між титаном і сталлю для отримання бездефектного з’єднання встик крайок біметалічних листів вуглецевої сталі, плакованих шаром титану, в умовах дугового або плазмового наплавлення вуглецевої сталі на титан. Нанесення бар’єрного прошарку виконували методами плазмового напилення сталевого дроту або залізного порошку. При цьому наносили покриття товщиною 150…750 мкм на титані Grade2, на яке наплавляли дуговим та плазмовим наплавленням шари товщиною 1–2 мм із матеріалів, аналогічних напиленим.  Встановлено, що при напиленні із подальшим наплавленням сталевого дроту або залізного порошку, основними технологічними факторами усунення тріщин в отриманому з’єднанні, є товщина напиленого покриття та величина погонної енергії наплавлення. Проведено підбір товщини напиленого покриття (не менш 400…600 мкм) із наступним плазмовим наплавленням сталевого дроту ER70S-6 діаметром 1.0 мм або порошку заліза CNPC-Fe200 при погонній енергії до ~200…250 Дж/мм. Отримано бездефектний перехідний шар від титану до сталі. Він являє собою суцільний прошарок товщиною 50–60 мкм, що складається з інтерметалідів FeTi і FeTi2, а також β-фази титану з підвищеним вмістом заліза, що зберігає певну пластичність без тріщин та інших дефектів. За допомогою розробленого підходу з’єднання біметалевих крайок «титан – сталь» планується виготовлення шовних біметалевих труб магістральних трубопроводів для транспортування нафтової та газової сировини, видобутої зі свердлови