Nagysebességű termikus szórással és kevert lézersugaras újraolvasztással készült NiCrBSi bevonatok acél alaptesthez való kötésének és mikroszerkezetének javítása
Improvement of the bonding and microstructure of NiCrBSi coatings applied to steel substrates using high-speed thermal spraying and mixed laser remelting
Keywords:
thermal spraying, laser remelting, metallurgical bond, NiCrBSi alloys, steel substrate, substrate material, /, termikus szórás, lézersugaras újraolvasztás, metallurgiai jellegű kötés, NiCrBSi ötvözet, acél alaptest, hordozó anyagAbstract
High-velocity thermal spraying (HVOF) is increasingly used in industrial practice for surface protection and reconstruction of agricultural machine parts. The results are not always satisfactory due to the porosity and microstructure of the coating. This study presents an experiment to modify the structural characteristics of NiCrBSi alloy layers remelted by high-velocity (HVOF) spraying and combined diode laser (LMD) processes, and to examine and improve the quality of the bond with the substrate material. Laser remelting of the layer induced the formation of a homogeneous structure, significantly reducing the porosity of the sprayed coating and creating a cohesive bond with the substrate steel. Laser remelting did not significantly affect the heat treatment condition of the substrate steel. During the examination of the remelted layer, it was found that the porosity of the coating produced by high-speed spraying can be significantly reduced by using a diode laser (LMD) heat source. The bond between the remelted layer and the base steel substrate is metallurgical in nature, and warping can be significantly avoided.
Kivonat
A nagysebességű termikus szórást (HVOF és HVAF) és a plazmaszórást (APS) egyre több helyen alkalmazzák az ipari gyakorlatban a gépalkatrészek felületvédelmére és újraépítésére. Az eredmények nem mindig kielégítőek a bevonat porozitása és a mikroszerkezete miatt. Ebben a tanulmányban a nagysebességű (HVOF) szórással és a kombinált diódalézeres (LMD) eljárással újraolvasztott NiCrBSi ötvözetrétegek szerkezeti jellemzőinek módosítására és a hordozó anyaggal való kötés minőségének javítására tett kísérlet került bemutatásra. A réteg lézersugaras újraolvasztása dendrites szerkezet kialakulását indukálta, ami jelentősen csökkentette a szórt bevonat porozitását, és növelte a hordozó anyagon való tapadást. A szórt bevonat lézeres kezelése után fázisátalakulás nem volt megfigyelhető. Végül a mikrokeménység vizsgálat kimutatta, hogy a nagysebességű szórással készült bevonat porozitása jelentős mértékben csökkenthető diódalézeres (LMD) eljárással. Az újraolvasztott réteg kötése metallurgiai jellegű lesz a hordozó acél alaptest anyagával, továbbá annak vetemedése jelentős mértékben elkerülhető.
References
Pawlowski J. L. Thick Laser Coatings: A Review, J. Therm. Spray Technol., vol. 8, no. 2., pp. 279-295, https://doi.org/10.1361/105996399770350502 1999.
Mateos J., Cuetos J.M., Vijande R., and Fernandez E. Tribological Properties of Plasma Sprayed and Laser Remelted 75/25 Cr3C2/NiCr Coatings, Tribol. Int., vol. 34, no. 5., pp. 345-351, https://doi.org/10.1016/S0301-
679X(01)00023-8 2001.
Lanin A., Fedik I. Thermal Stress Resistance of Materials, Springer Berlin, Heidelberg, 20 March 2008. ISBN 978-3-540-71399-9 DOI https://doi.org/10.1007/978-3-540-71400-2.
Sasaki S. Tribological Properties of Coating Films Synthesised by Laser Assisted Plasma Spraying, Surf. Eng., vol. 13, no. 3, pp. 238-242, https://doi.org/10.1179/sur.1997.13.3.238 1997.
Antou G., Montavon G., Hlawka F., Cornet A., and Coddet C. Microstructures of Partially Stabilized Zirconia Manufactured Hybrid Plasma Spray Process, Ceram. Int., vol. 31, no. 4, pp. 611-619, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.08.001 2005.
Miguel J.M., Guilemany J.M., and Vizcaino S. Tribological Study of NiCrBSi Coating Obtained by Different Processes, Tribol. Int., vol. 36, no. 3., pp. 181-187, DOI:10.1016/S0301-679X(02)00144-5 2003.
Alloy Phase Diagrams, Vol 3, ASM Handbook, ASM International, 1992
Serres N., Hlawka F., Costil S., Langlade C., Machi F., and Cornet A. Dry Coatings and Ecodesign. Part 2. Tribological Performances, Surf. Coat. Technol., vol. 204, no. 1-2, pp. 197 – 204, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.07.011 2009.
Kurz W., Bezençon C and Gäumann M. Columnar to equiaxed transition in solidification processing, Science and Technology of Advanced Materials March 2001. 2(1):185-191 DOI:10.1016/S1468-6996(01)00047-X.
Serres N., Hlawka F., Costil S., Langlade C., Machi F. Microstructure of Metallic NiCrBSi Coatings manufactured via Hybrid Plasma Spray and In Situ Laser Remelting Process, J. Therm. Spray Technol., vol. 20., no. 1-2., pp. 336-343, DOI:10.1007/s11666-010-9565-1 2011.
Knitsch A., Luft A., Gross T., Ristau D. Diode laser modules of highest brilliance for materials processing, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, May 2002. DOI:10.1117/12.467954
Timms N., Bryden B., and Pashby I. High power diode laser cladding, Journal of Materials Processing Technology 138(1):411-416 DOI:10.1016/S0924-0136(03)00109-2 July 2003.
Fritsche H., Ferrario F., Koch R., Kruschke B. Direct diode lasers and their advantages for materials processing and other applications, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 9356
DOI:10.1117/12.2080208 March 2015.
EN 10083-2:2006, C45 Közepes széntartalmú, univerzális szerkezeti acél.
ISO 21920-2:2021, Surface texture: Profile method — Terms, definitions and surface texture parameters.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
