242 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A ROK XXXVI

Analiza możliwości zastosowania w przemyśle okrętowym powłok stopowych Ni–Al i kompozytowych

po obróbce plastycznej Tomasz Dyl

Katedra Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów, Wydział Mechaniczny, Akademia Morska w Gdyni, dylu@am.gdynia.pl

The analysis of the applicability in the shipbuilding industry of alloy and composite Ni–Al coatings after plastic working

The paper presents a method of flame spraying a coating of regeneration due to the technological capabilities of the ship workshop and of the repair shipyard. Alloy and composite coatings were applied to degreased samples of C45 steel. A torch "Casto-Dyn 8000" produced by Castolin was used for spraying. The coatings obtained by thermal spraying have a large surface roughness. Therefore, the coating must be treated with finishing. Machining is the most often ap-plied method. For economic and technological reasons, it is important that the coatings are treated with sheet metal fabrication and that they are thin, abrasion resistant and of high smoothness. To improve the quality of the surface of an alloy of nickel and nickel composite matrix obtained by spray methods, cold working by pressing and rolling was proposed. Rolling and pressing were carried out in the cold using a relative draft 12%. The rolling process was carried out on a rolling mill duo located at the Institute of Metal Forming and Safety Engineering, Faculty of Production Engineering and Materials Technology at Czestochowa University of Technology. Rolling was carried out at a constant rolling speed of 0.2 m/s. Pressing was performed on a hydraulic press type ZD20 in Metal Forming Laboratory of the Faculty of Mechanical Engineering at Gdańsk University of Technology. The assessment of the impact of plastic working on selected properties and surface quality of coatings was made in Surface Engineering Laboratory at the Faculty of Marine Engineering at Gdynia Maritime University. Thermally sprayed coatings of Ni–Al alloy have a relatively high adhesion to the steel substrate. Nickel–aluminium coatings are resist-ant to seawater. This is due to the possibility of forming on its surface, which is resistant to the marine environment, a passive layer constructed primarily of aluminum oxide and nickel oxide. After experimental cold rolling and pressing it was concluded that there was a significant reduction in the porosity of the plastically deformed coating. Also, lower surface roughness and increased coating hardness after plastic working were achieved. After conducted research it was stated that plastic working in the shipbuilding industry can be used for the development of selected properties of flame sprayed coatings of Ni–Al alloy and composite coatings Ni–Al–Al2O3.

Key words: alloy and composite coatings, thermal spraying, plastic working.

Ze względu na możliwości warsztatu siłowni statku oraz stoczni remontowych do nakładania powłok regeneracyjnych zastosowano metodę natryskiwania płomieniowego. Powłoki stopowe i kompozytowe nakładano na odtłuszczone płomieniowo próbki ze stali C45. Do natryskiwania użyto palnika „Casto--Dyn 8000” firmy Castolin. Powłoki otrzymane za pomocą natryskiwania cieplnego mają dużą chropowatość powierzchni. Dlatego muszą być poddane obróbce wykończeniowej. Najczęściej stosuje się obróbkę skrawaniem. Ze względów ekonomicznych i technologicznych jest ważne, aby obróbka była bezwiórowa, a powłoki były cienkie, odporne na ścieranie, o dużej gładkości. Aby uzyskać poprawę jakości powierzchni powłok stopowych niklowych oraz kompozytowych z niklową osnową otrzymywanych metodami natryskowymi zaproponowano obróbkę plastyczną na zimno przez prasowanie i walcowanie. Walcowanie i prasowanie prowadzono na zimno w temperaturze pokojowej z zastosowaniem gniotu względnego 12%. Proces walcowania prowadzono na walcarce duo znajdującej się w Instytucie Przeróbki Plastycznej i Inżynierii Bezpieczeństwa Wydziału Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej. Walcowanie prowadzono przy stałej prędkości walcowania 0,2 m/s. Prasowanie wykonano na prasie hydraulicznej typu ZD20 w Laboratorium Obróbki Plastycznej Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej. Oceny wpływu obróbki plastycznej na wybrane właściwości i jakość powierzchni powłok dokonano w Laboratorium Inżynierii Powierzchni na Wydziale Mechanicznym Akademii Morskiej w Gdyni. Natryskiwane cieplnie powłoki ze stopu Ni–Al charakteryzują się relatywnie dużą przyczepnością do stalowego podłoża. Powłoki na osnowie niklu zawierające alumi-nium są odporne na działanie wody morskiej. Wynika to z możliwości powstania na jej powierzchni odpornej na działanie środowiska morskiego warstwy pasywnej zbudowanej głównie z tlenku aluminium oraz tlenku niklu. Na podstawie wyników badań doświadczalnych walcowania na zimno oraz prasowania stwierdzono, że nastąpiło znaczne zmniejszenie porowatości odkształconych plastycznie powłok, a także uzyskano mniejszą chropowatość powierzchni po-włok i zwiększenie twardości badanych powłok po obróbce plastycznej. Po przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że istnieje możliwość zastosowania w przemyśle okrętowym technologii obróbki plastycznej do kształtowania wybranych właściwości natryskiwanych płomieniowo powłok stopowych Ni–Al i powłok kompozytowych Ni–Al–Al2O3.

Słowa kluczowe: powłoki stopowe i kompozytowe, natryskiwanie płomieniowe, obróbka plastyczna.

Inżynieria Materiałowa 5 (207) (2015) 242÷246DOI 10.15199/28.2015.5.8© Copyright SIGMA-NOT MATERIALS ENGINEERING

1. WPROWADZENIE

Najnowszej generacji maszyny pracują przy coraz większych obcią-żeniach eksploatacyjnych. Wymusza to rozwój nowych materiałów konstrukcyjnych lub technologii wytwarzania, które zapewniłyby dużą niezawodność i trwałość elementów i części maszyn. W przy-padkach, w których o trwałości decydują jedynie właściwości po-wierzchniowe materiału (odporność na zużycie cierne, korozyjne, zmęczenie stykowe) niecelowe jest stosowanie kosztownych mate-riałów do produkcji całych elementów. W takich sytuacjach można zastosować technologie obróbek powierzchniowych poprawiające wymienione właściwości eksploatacyjne. W praktyce najczęściej

są stosowane metody kształtowania warstwy powierzchniowej tworzywa konstrukcyjnego, takie jak: hartowanie powierzchniowe, obróbka cieplno-chemiczna (nawęglanie, azotowanie, chromowa-nie), nakładanie powłok technologiami chemicznymi, elektroche-micznymi oraz cieplnymi (np. natryskiwanie cieplne, napawanie) czy powierzchniowa obróbka plastyczna (np. walcowanie z małymi odkształceniami, obróbka nagniataniem).

Powłoki są szeroko stosowane w przemyśle maszynowym, mo-toryzacyjnym i okrętowym ze względu na możliwość poprawienia właściwości eksploatacyjnych warstwy powierzchniowej (wytrzy-małościowe, tribologiczne, antykorozyjne i dekoracyjne). Powłoki kompozytowe z osnową metalową należą do powłok technicznych

NR 5/2015 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A 243

zwiększających trwałość eksploatacyjną części maszyn w węzłach tribologicznych lub powłok ochronnych.

Na podstawie literatury wybrano do analizy powłoki kompozy-towe na bazie niklu [1÷3] z dodatkiem aluminium [4÷6] oraz ze zmienną zawartością tlenku glinu [7, 8]. W celu poprawy odporno-ści na zużycie erozyjne zaproponowano osnowę dwuskładnikową niklowo-aluminiową ze względu na udokumentowane próby zasto-sowania na wszystkich rodzajach stali odpornej na korozję [9, 10].

Natryskiwane cieplnie powłoki ze stopu Ni–Al charakteryzują się dość dużą przyczepnością do stalowego podłoża. Jest to związa-ne z egzotermiczną reakcją powstawania alumidków niklu. Stwier-dzono na granicy międzyfazowej powłoka–podłoże powstawanie mikrosczepień, a więc na pewnej powierzchni połączenie dyfuzyjne.

Korozja metali w warunkach stałego zanurzenia w wodzie mor-skiej ma charakter elektrochemiczny. Dzięki niektórym cechom tego środowiska, wynikającym już z samego składu chemicznego i właściwości wody morskiej, korozja charakteryzuje się: – dużą aktywnością zarówno mikro- jak i makroogniw korozyj-

nych; zjawisko to wynika ze znacznego przewodnictwa elek-trycznego wody morskiej, będącego przyczyną małego hamo-wania omowego pracy ogniw; w tej sytuacji korozja przebiega zarówno wskutek powstania mikroogniw (powstających w wy-niku niejednorodności metalu), jak i makroogniw utworzonych poprzez zetknięcie się różnych metali;

– znikomą rolą hamowania procesu anodowego korozji większo-ści metali konstrukcyjnych (oprócz stopów niklu i tytanu); jest to spowodowane obecnością w wodzie morskiej niezwykle agre-sywnego jonu chlorkowego, który niszczy tworzące się ochron-ne warstewki pasywne;

– duże znaczenie dla hamowania korozji ma proces katodowy, przebiegający z depolaryzacją tlenową (dlatego prędkość dopły-wu tlenu do korodującej powierzchni stanowi główny czynnik kontrolujący korozję metali w wodzie morskiej);

– zwiększoną tendencją do powstania wżerów.Powłoka niklowa zawierająca aluminium powinna być odporna

na działanie wody morskiej. Wynika to z możliwości powstania na jej powierzchni odpornej na działanie środowiska morskiego war-stwy pasywnej zbudowanej głównie z tlenku aluminium oraz tlenku niklu. Powstanie warstwy pasywnej powinno spowodować przesu-nięcie potencjału korozyjnego powłoki w stronę wartości bardziej dodatnich. Jednak potencjał elektrochemiczny powłoki Ni–Al po-winien być niższy od potencjału elektrochemicznego stali odpornej na korozję. Polaryzacja takiego ogniwa powinna sprzyjać tworzeniu warstwy pasywnej na anodowej powłoce stopowej, a więc chronić ją elektrochemicznie (anodowo). Dodatkowo niewielka powierzch-nia katodowa pod powłoką nie powinna w znaczny sposób stymu-lować procesów korozyjnych powłoki. Twarda warstwa pasywna może dodatkowo zwiększyć odporność na abrazyjne zużycie wa-łów przez zanieczyszczenia stałe, które przedostały się przez układ filtrujący w instalacjach wodnych.

Powłoki stopowe i kompozytowe można wytwarzać poprzez na-tryskiwanie płomieniowe. Natryskiwanie ma szerokie zastosowanie do nakładania powłok w procesie technologicznym wytwarzania i napraw narzędzi do obróbki plastycznej i elementów maszyn (np. walce hutnicze, matryce kuźnicze, tłoczyska, czopy wałów napę-dowych i korbowych, powierzchnie ślizgowe łoża tokarki, gniazda zaworowe i cylindry silników spalinowych, śruby napędowe okrę-towe i krawędzie robocze podajnika ślimakowego, rury ze szwem stosowane na układy wydechowe i na zbiorniki i inne). Budowa natryskiwanych cieplnie powłok zależy od wielu czynników zwią-zanych z metodą nakładania: parametrów technologicznych, wiel-kości cząstek i właściwości materiału powłokowego. W artykule do nakładania powłok regeneracyjnych, ze względu na podatność technologiczną warsztatu siłowni statku oraz stoczni remontowych, wybrano metodę natryskiwania płomieniowego. Powłoki otrzyma-ne za pomocą natryskiwania cieplnego mają dużą chropowatość powierzchni. Dlatego muszą być poddane obróbce wykończenio-wej. Najczęściej stosuje się obróbkę skrawaniem. Ze względów

ekonomicznych i technologicznych jest istotne, aby powłoki były cienkie, odporne na ścieranie, o dużej gładkości, a obróbka była bezwiórowa. Aby uzyskać poprawę jakości powierzchni powłok stopowych niklowych oraz kompozytowych z niklową osnową otrzymywanych metodami natryskowymi zaproponowano obróbkę plastyczną na zimno przez prasowanie i walcowanie.

2. METODYKA BADAŃ

Powłoki stopowe i kompozytowe nakładano na odtłuszczone pło-mieniowo próbki ze stali C45. Do natryskiwania użyto palnika Ca-sto-Dyn 8000 firmy Castolin.

Powłoki stopowe natryskiwano płomieniowo z wykorzystaniem materiału proszkowego ProXon 21021 firmy Castolin, którego skład procentowy wynosił (% mas.): nikiel 93,45%, aluminium 5%, bor 0,8%, żelazo 0,34%, chrom 0,18%, krzem 0,15%, węgiel 0,08% [11].

Powłoki kompozytowe były natryskiwane z mieszaniny proszku ProXon 21021 (Ni 93,45%, Al 5%, B 0,8%, Fe 0,34%, Cr 0,18%, Si 0,15%, C 0,08%) i MetaCeram 28020 (Al2O3 97,7%, TiO2 2,2%, SiO2 0,1%) [11]. Proszki te zostały wyprodukowany przez firmę Castolin. Materiał powłokowy kompozytowy składał się z osnowy Ni–Al oraz 15% i 30% udziału objętościowego fazy dyspersyjnej tlenku glinu (Al2O3). Cząstki obydwu rodzajów zastosowanego ma-teriału powłokowego podczas procesu natryskiwania powinny ulec roztopieniu. Wobec tego obydwie fazy w strukturze powłoki naj-częściej przyjmują postać rozpryśniętych cząstek. Powłoki stopo-we i kompozytowe natryskiwano płomieniowo na podłoże ze stali C45 przy założeniu następujących parametrów technologicznych: ciśnienie acetylenu 0,07 MPa, ciśnienie tlenu 0,4 MPa, ciśnienie sprężonego powietrza 0,1 MPa, odległość palnika od natryskiwanej powierzchni 150 mm, liczba nakładanych warstw 6. Podłoże sta-lowe podgrzewano wstępnie w zakresie temperatury 333÷373 K. Natryskiwanie płomieniowe prowadzono w temperaturze nieprze-kraczającej 523 K.

Walcowanie i prasowanie prowadzono na zimno w temperatu-rze pokojowej z zastosowaniem gniotu względnego 12%. Proces walcowania prowadzono w Instytucie Przeróbki Plastycznej i Inży-nierii Bezpieczeństwa Wydziału Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej na walcarce duo o śred-nicy walców ø150 mm i długości beczki 170 mm. Walcowanie pro-wadzono ze stałą prędkością walcowania 0,2 m/s. Przeprowadzono również próby prasowania próbek z naniesioną powłoką stopową i kompozytową na zimno na prasie hydraulicznej typu ZD20 w La-boratorium Obróbki Plastycznej Wydziału Mechanicznego Poli-techniki Gdańskiej.

Oceny wpływu odkształcenia na mikrostrukturę powłok doko-nano za pomocą mikroskopu świetlnego Zeiss AxioVert 25 przy powiększeniu 200× i mikroskopu stereoskopowego Zeiss Discove-ryV20. Ocenę przyczepności powłok stopowych i kompozytowych do podłoża przeprowadzono zgodnie z procedurami zawartymi w normie PN-H-04607:1979 dwoma metodami jakościowymi: me-todą rys — wykonano trzy równoległe rysy w poprzek próbki rysi-kiem traserskim w odległości 2 mm od siebie oraz metodą zmiany temperatury — próbki nagrzano w piecu do temperatury 573 K i wygrzewano je przez 15 minut, a następnie chłodzono w wodzie o temperaturze pokojowej. Przyczepność powłoki uznawano za dobrą, jeżeli nie zaobserwowano złuszczeń, pęcherzy lub odwar-stwień. Pomiar chropowatości przed obróbką plastyczną i po obrób-ce plastycznej powierzchni powłok natryskiwanych płomieniowo wykonano za pomocą profilometru stykowego Etamic T8000 firmy Hommelwerke Hommel w laboratorium Inżynierii Powierzchni Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Gdyni. Odcinek pomiarowy miał długość 4,8 mm, a odcinek elementarny był równy 0,8 mm. Dokonano pomiarów wielu parametrów stereometrycz-nych powierzchni po powierzchniowej obróbce plastycznej, mię-dzy innymi określono średnią arytmetyczną rzędnych profilu chro-powatości (Ra = 13,13 µm) i wyznaczono wskaźnik zmniejszenia

244 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A ROK XXXVI

chropowatości powierzchni (KRa) [12]. Pomiar twardości i mikro-twardości wykonano za pomocą twardościomierza typu Vickers FM-800 sposobem Vickersa według normy PN-EN ISO 6507-1:1999 przy sile nacisku 0,2 N, czas obciążenia wynosił 10 s. Na-stępnie wyznaczono stopień względnego umocnienia (Su) warstwy wierzchniej [12]. Pomiar odporności na korozję powłok wykonano metodą potencjodynomiczną w układzie trójelektrodowym. Od-tłuszczoną acetonem próbkę o powierzchni 0,75 cm2, elektrodę pomocniczą (polaryzującą) z platynowanego tytanu oraz elektrodę odniesienia (nasycona elektroda kolomelowa) umieszczono w na-czyniu, w którym znajdowało się 500 ml 0,01 M roztworu H2SO4 o temperaturze pokojowej. Przed pomiarami próbki poddano jed-nogodzinnej ekspozycji w elektrolicie w celu ustabilizowania się potencjału korozyjnego. Podczas pomiaru elektrolit był mieszany. Badania wykonano, rejestrując krzywe polaryzacji j = f(E) w zakre-sie ±150 mV od potencjału korozyjnego. Jako pierwszą rejestrowa-no krzywą katodową, a następnie anodową. Szybkość zmian po-tencjału we wszystkich przypadkach wynosiła 10 mV/min. W celu określenia wartości gęstości prądu korozyjnego posłużono się pro-gramem komputerowym Elfit [13, 14].

3. WYNIKI BADAŃ

Na podstawie wyników zamieszczonych w pracy [15] oraz przepro-wadzonych symulacji komputerowych walcowania powłok stopo-wych i kompozytowych na osnowie niklu i aluminium określono, że istnieje możliwość zastosowania obróbki plastycznej jako obrób-ki wykończeniowej powłok natryskiwanych cieplnie.

Po przeprowadzonych analizach numerycznych [15] wykonano badania eksperymentalne walcowania powłok stopowych i kompo-zytowych natryskiwanych cieplnie na podłoże stalowe. Na podsta-wie wyników badań doświadczalnych walcowania na zimno oraz prasowania określono, że istnieje możliwość zastosowania w prze-myśle okrętowym technologii obróbki plastycznej do kształtowania

wybranych właściwości natryskiwanych płomieniowo powłok sto-powych Ni–Al i powłok kompozytowych Ni–Al–Al2O3.

Na rysunku 1 przedstawiono mikrostrukturę powłok stopo-wych i kompozytowych natryskiwanych cieplnie przed obróbką plastyczną. Powłoki stopowe nałożone za pomocą palnika Casto--Dyn 8000 charakteryzowały się bardzo małą porowatością jak na powłoki otrzymane metodą poddźwiękowego natryskiwania pło-mieniowego. Udział pustek w mikrostrukturze tych powłok wy-niósł 9%, niedużą porowatość zaobserwowano także dla powłok kompozytowych o zawartości 15% Al2O3. Natomiast w przypadku powłok kompozytowych o zawartości 30% Al2O3 zaobserwowano negatywny wpływ ilości fazy ceramicznej. Wówczas porowatość powłok uzyskanych w wyniku procesu natryskiwania cieplnego wyniosła 20%. Zastosowane jakościowe metody badań przyczep-ności powłok nie wykazały negatywnego wpływu wykończeniowej obróbki plastycznej na ich adhezję do stalowego podłoża [16].

Po przeprowadzonej obróbce plastycznej powłok stopowych i kompozytowych nastąpiło znaczne zmniejszenie porowatości od-kształconych plastycznie powłok (rys. 2 i 3).

Na podstawie pomiarów mikrotwardości zaobserwowano, że za-stosowane metody obróbki plastycznej (walcowanie i prasowanie) spowodowały umocnienie badanych powłok (rys. 4). Po walcowa-niu średnia arytmetyczna rzędnych profilu chropowatości powłok stopowych wynosiła Ra = 0,63 µm, a powłok kompozytowych odpowiednio: o zawartości 15% Al2O3 Ra = 1,78 µm, 30% Al2O3 Ra = 2,67 µm. Po prasowaniu chropowatość powłok stopowych wynosiła Ra = 1,63 µm, a powłok kompozytowych o zawartości 15% Al2O3 Ra = 2,89 µm, 30% Al2O3 — Ra = 3,89 µm. Na podsta-wie pomiarów profilu chropowatości określono, że zawartość fazy dyspersyjnej w powłoce kompozytowej ma wpływ na zmniejszenie chropowatości powierzchni powłoki po obróbce plastycznej (rys. 5). Elektrochemiczne badania korozyjne wykazały, że proponowane me-tody obróbki plastycznej, mającej na celu zmniejszenie chropowato-ści natryskiwanych cieplnie powłok stopowych i kompozytowych,

a)

b)

c)

a)

b)

c)

a)

b)

c)

Rys. 1. Mikrostruktura powłok natryskiwanych cieplnie przed obróbką plastyczną: a) powłoka stopowa, b) kompozytowa 15% Al2O3, c) kompo-

zytowa 30% Al2O3; trawione 4% HNO3 [16]Fig. 1. Microstructure of flame spraying coatings before plastic working: a) alloy coating, b) composite coating 15% Al2O3, c) composite coating 30% Al2O3; etched with 4% HNO3 [16]

Rys. 2. Mikrostruktura po walcowaniu powłok stopowych (a) i kompozytowych: 15% Al2O3 (b) i 30% Al2O3 (c); trawione 4% HNO3

Fig. 2. Microstructure after rolling of alloy (a) and composite 15% Al2O3 (b), and 30% Al2O3 coatings; etched with 4% HNO3

a)

a)

b)

b)

c)

c)

NR 5/2015 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A 245

spowodowały zmniejszenie gęstości prądu korozyjnego (zmniejsze-nie szybkości korozji) (tab. 1). Zastosowanie walcowania na zimno zmniejszyło szybkość korozji (mniejsze wartości jc) powłok stopo-wych i kompozytowych do 15% udziału objętościowego fazy dys-persyjnej Al2O3 w porównaniu z powłokami przed obróbką plastycz-ną. Dla powłok kompozytowych o zawartości 30% Al2O3 występuje wzrost gęstości prądu korozyjnego (rys. 6).

Odporność na korozję elementów poddanych obróbce plastycz-nej zależy głównie od gniotu i wygładzenia powierzchni, które wpływają na proces korozji w przeciwnych kierunkach. W przy-padku obróbki gładkościowej, gdzie gniot jest mały, elementy mają większą odporność na korozję niż po obróbce umacniającej z du-żym gniotem. Istnieje bowiem graniczna wartość gniotu [14, 15], której odpowiada maksymalna odporność na korozję. Wartość tego gniotu zależy od parametrów technologicznych obróbki plastycznej oraz właściwości plastycznych obrabianego materiału [16].

Po obróbce plastycznej nie zaobserwowano złuszczeń i odwar-stwień materiału na powierzchni rzeczywistej i przekroju poprzecz-nym powłok. Jakościowa ocena przyczepności powłok metodą tzw. szybkich zmian temperatury nie wykazała negatywnego wpływu odkształcenia plastycznego powłoki na badaną właściwość. Obróbka plastyczna przyczyniła się również do poprawy cech stereometrycz-nych powierzchni powłok. Obróbka plastyczna spowodowała znacz-ne zmniejszenie średniej arytmetycznej rzędnych profilu chropowa-tości. Stwierdzono znaczne zmniejszenie chropowatości powierzchni. Pomiary profilometryczne wykazały, że najmniejsze wartości współ-czynnika Ra uzyskano dla powłok walcowanych. Po walcowaniu, a także po prasowaniu nastąpiła poprawa jakości powierzchni po-włok. Dlatego można stosować obróbkę plastyczną jako obróbkę wykończeniową gładkościową powłok stopowych i kompozytowych.

4. PODSUMOWANIE

Na podstawie wyników przeprowadzonych badań procesu walco-wania i prasowania powłok stopowych i kompozytowych stwier-dzono, że można stosować obróbkę plastyczną powłok stopowych i kompozytowych naniesionych na warstwę wierzchnią. Elementy maszyn z naniesioną powłoką poddaną obróbce plastycznej uzy-skują korzystne właściwości wytrzymałościowe i eksploatacyjne ze względu na pracę w środowisku morskim i istnieje możliwość ich stosowania w przemyśle okrętowym.

Rys. 3. Mikrostruktura po prasowaniu powłok stopowych (a) i kompozytowych: 15 %Al2O3 (b) i 30 % Al2O3 (c); trawione 4% HNO3

Fig. 3. Microstructure after pressing of alloy (a) and composite 15% Al2O3 (b), and 30% Al2O3 (c) coatings; etched with 4% HNO3

Tabela 1. Wyniki badań korozyjnych powłok stopowych i kompozyto-wych dla różnej zawartości procentowej fazy dyspersyjnej Al2O3Table 1. The results of the corrosion testing of alloy and composite coat-ings with various volume fraction ceramic dispersed phase Al2O3

Technologia Al2O3%

eh%

jcorrmA/cm2

EcorrmV

Natryskiwanie cieplne 0 — 257 –153

Prasowanie 0 12 319 –199

Walcowanie 0 12 249 –205

Natryskiwanie cieplne 15 — 139 –172

Prasowanie 15 12 127 –387

Walcowanie 15 12 114 –399

Natryskiwanie cieplne 30 — 123 –179

Prasowanie 30 12 221 –435

Walcowanie 30 12 149 –449

Rys. 4. Stopień względnego umocnienia (Su) powłok stopowych i kompozytowych określony po prasowaniu (1) i walcowaniu (2) Fig. 4. Degree of strain hardening relative (Su) of alloy and composite coating after pressing (1) and after rolling (2)

Rys. 4. Stopień względnego umocnienia (Su) powłok stopowych i kom-pozytowych określony po prasowaniu (1) i walcowaniu (2)Fig. 4. Degree of strain hardening relative (Su) of alloy and composite coating after pressing (1) and after rolling (2)

Rys. 5. Wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni (KRa) powłok stopowych i kompozytowych określony po prasowaniu (1) i walcowaniu (2) Fig. 5. Surface roughness reduction ratio (KRa) of alloy and composite coating after pressing (1) and after rolling (2)

Rys. 5. Wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni (KRa) po-włok stopowych i kompozytowych określony po prasowaniu (1) i wal-cowaniu (2)Fig. 5. Surface roughness reduction ratio (KRa) of alloy and composite coating after pressing (1) and after rolling (2)

a) b) c)

246 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A ROK XXXVI

Powłoki na bazie niklu natryskiwane cieplnie za pomocą palnika płomieniowego mogą być stosowane do regeneracji czopów wa-łów okrętowych pomp odśrodkowych przeznaczonych do przetła-czania wody morskiej. Niewątpliwą zaletą technologii płomienio-wego nanoszenia powłok jest prostota. Nanoszenie powłok może być wykonywane przez członków załogi lub brygady remontowe, nawet w trakcie trwania rejsu. Jako obróbkę wykończeniową tych powłok można wykorzystać obróbkę plastyczną w zamian za ob-róbkę ścierną. Prowadzone były i w dalszym ciągu są wykonywane prace badawcze w Katedrze Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Gdyni [16] nad aplikacją technologii powierzchniowej obróbki plastycz-nej natryskiwanych płomieniowo powłok stopowych i kompozyto-wych przez nagniatanie statyczne naporowo toczne (NSNT).

LITERATURA

[1] Molins R., Normand B., Rannou G., Hannoyer B., Liao H.: Interlamel-lar boundary characterization in Ni-based alloy thermally sprayed coating. Materials Science and Engineering A351 (2003) 325÷333.

Rys. 6. Wpływ udziału fazy dyspersyjnej w powłoce stopowej i kompozytowej na gęstość prądu korozyjnego po prasowaniu, walcowaniu i natryskiwaniu cieplnym Fig. 6. The influence of the ceramic dispersion in the alloy and composite coatings on corrosion current density after pressing, rolling, flame sprayed

Rys. 6. Wpływ udziału fazy dyspersyjnej w powłoce stopowej i kom-pozytowej na gęstość prądu korozyjnego po prasowaniu, walcowaniu i natryskiwaniu cieplnymFig. 6. The influence of the ceramic dispersion in the alloy and compos-ite coatings on corrosion current density after pressing, rolling, flame sprayed

[2] Pershin V., Lufitha M., Chandra S., Mostaghimi J.: Effect of substrate tem-perature on adhesion strength of plasma-sprayed nickel coatings. Journal of Thermal Spray Technology 12 (3) (2003) 370÷376.

[3] Richardson J., Neville A., Wilson J. I. B.: Developing diamond MMC to improve durability in aggressive abrasive conditions. Wear 255 (2003) 593÷605.

[4] Deshpande S., Sampath S., Zhang H.: Mechanisms of oxidation and its role in microstructural evolution of metallic thermal spray coatings — Case study for Ni–Al. Surface & Coatings Technology 200 (2006) 5395÷5406.

[5] Duraiselvam M., Galun R., Wesling V., Mordike B. L., Reiter R., Olig-müller J.: Cavitation erosion resistance of AISI 420 martensitic stainless steel laser-clad with nickel aluminide intermetallic composites and matrix composites with TiC reinforcement. Surface & Coatings Technology 201 (2006) 1289÷1295.

[6] Sampath S., Jiang X. Y., Matejicek J., Prchlik L., Kulkarni A., Vaidya A.: Role of thermal spray processing method on the microstructure, residual stress and properties of coatings: an integrated study for Ni–5 wt % Al bond coats. Materials Science and Engineering 364 (2004) 216÷231.

[7] Sahraoui T., Fenineche N. E., Montavon G., Coddet C.: Alternative to chromium: characteristics and wear behaviour of HVOF coatings for gas turbine shafts repair (heavy-duty). Journal of Materials Processing Tech-nology 152 (2004) 43÷55.

[8] Wang Y. Y., Li C. J, Ohmori A.: Examination of factors influencing the bond strength of high velocity oxy-fuel sprayed coatings. Surface & Coat-ings Technology 200 (2006) 2923÷2928.

[9] Chang J. T., Yeh C. H., He J. L., Chen K. C.: Cavitation erosion and corro-sion behavior of Ni–Al intermetallic coatings. Wear 255 (2003) 162÷169.

[10] Duraiselvam M., Galun R., Siegmann S., Wesling V., Mordike B. L.: Liq-uid impact erosion characteristics of martensitic stainless steel laser clad with Ni-based intermetallic composites and matrix composites. Wear 261 (2006) 1140÷1149.

[11] Specyfikacja technologiczna nakładania i obróbki powłok z proszku ProXon 21021 i MetaCeram 28020. Materiały firmy „Castolin + Eutectic” (2003).

[12] Dyl T., Skoblik R., Starosta R.: The effect of the ceramic dispersion on the nickel matrix composite coating properties after plastic working. Solid State Phenomena 147-149 (2009) 813÷818.

[13] Skoblik R., Starosta R., Dyl T.: The influence of dispersion phase on com-posite coating properties after cold working. Monograph: Developments in mechanical engineering. Gdańsk University of Technology, Part III, Chapter 13, Vol. 2 (2008) 119÷125.

[14] Dyl T., Starosta R.: Effect of the ceramic dispersion in the nickel matrix composite coatings on corrosion properties after plastic working. Solid State Phenomena 183 (2012) 43÷48.

[15] Dyl T., Starosta R.: The influence of rolling on the distribution of stress and strain in nickel–aluminum alloy coatings. Inżynieria Materiałowa 3-4 (2007) 524÷526.

[16] Starosta R., Charchalis A., Dyl T.: Dobór technologii natryskiwania cieplnego oraz nagniatania w aspekcie poprawy właściwości eksploata-cyjnych wałów pomp krętnych. Sprawozdanie z projektu badawczego własnego N504 303537, Gdynia (2012) 1÷306 (maszynopis).