DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.29576

Erosion resistance of coatings exposed to microimpacts

Виктор Николаевич Воеводин, Геннадий Николаевич Картмазов, Владимир Григорьевич Маринин

Abstract


We have studied erosion of nichrome, titanium, titanium nitride, chrome, and chrome carbide coatings impacted by cavitation. The coatings are obtained by applying plasmatron, detonation, vacuum and arc as well as atomic and ionic sedimentation methods. Ultra-sound cavitation was created in water; the fluctuation amplitude of the emitting vibrator surface was equal to 30±2 µm with the frequency of 20±2 kHz. The erosion was assessed by the gravimetric method with the precision of up to 0.015 mg. The kinetic curves on the dependence of the eroded mass quantity upon cavitation time have determined the velocity of coating deterioration as well as coating durability. The research has proved that coatings precipitated by plasmatron and detonation methods have low resistance to erosion and deteriorate 3-5 times quicker than steel of the 15H11MF variety because such coatings have a layered structure resulting from a discreet supply of material to the specimen and formation of intermediate brittle layers between the supplies. The result is low resistance of the interlayer boundaries and the coating as a whole. Vacuum and arc titanium, titanium nitride as well as atomic and ionic chrome, carbon-doped coatings have a certain mass loss resistance that exceeds steel durability up to 5-8 times. The research has proved that durability of atomic and ionic coatings depends on their microhardness, whereas coatings with microhardness of 8-10 GPa have an optimal resistance to erosion.


Keywords


coatings; plasmatron sedimentation; electric spark; vacuum and arc; atomic and ionic; cavitation; resistance (to erosion) / durability; interdependence; microhardness

References


Zmij, V. I., Ruden'kij, S. G. (2010). Reakcionno-aktivirovannaja diffuzija i vakuumnye pokrytija. Kharkiv: NNC HFTI, 158.

Kudinov, V. V. (1977). Plazmennye pokrytija. Moscow: «Nauka», 184.

Aksenov, I. I., Andreev, A. A., Belous, V. A.; Aksenova I. I. (Ed.) (2012). Vakuumnaja duga: istochniki plazmy, osazhdenie pokrytij, poverhnostnoe modificirovanie. NPP «Izdatel'stvo “Naukova dumka” NAN Ukrainy», dizajn, 726.

Andreev, A. A., Sablev, L. P., Grigor'ev, S. N. (2010). Vakuumno-dugovye pokrytija. Kharkiv: NNC HFTI, 317.

Boxman, R. L., Zhitomirsky, V. N., Grinberg, I., Rapoport, L., Goldsmith, S., Weiss, B. Z. (2000). Structure and properties of vacuum arc deposited multi-component nitride coatings of Ti, Zr and Nb. Surface and Coatings Technology, 125 (1-3), 257 – 262. doi: 10.1016/s0257-8972(99)00570-8

Dobrzanski, L. A., Adamiak, M. (2003). Structure and properties of the TiN and Ti(CN) coatings deposited in the PVD process on the high-speed steels. Journal of Materials Processing Technology, 133 (1-2), 50–62. doi: 10.1016/s0924-0136(02)00244-3

Kartmazov, G. N., Kovalenko, V. I., Kunchenko, V. V., Marinin, V. G. (1998). Issledovanie jerozii pokrytij iz nitrida titana pod vozdejstviem kavitacii i vozdushno-abrazivnogo potoka. Voprosy atomnoj nauki i tehniki. Serija FRP i RM, 5 (71), 71–74.

Kovalenko, V. I., Marynin, V. G. (1998). Obladnannja dlja doslidzhennja erozii' pokryttiv pry mikro udarnomu dijanni. Voprosi atomnoj nauky y tehnyky. Seryja FRP y RM, 5 (71), 83–85.

Marynin, V. G. (2011). Coverings for protection of elements the heat power equipment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5/5(53), 32–37. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1220/1124

Smyslov, A. M., Mingazhev, A. D., Smyslova, M. K. (2011). Nanoslojnoe pokrytie dlja lopatok turbomashin iz titanovyh splavov. Ufa: Vestnik UGATU. Mashinostroenie, 15/1 (41), 109–112.


GOST Style Citations


Змий, В. И. Реакционно-активированная диффузия и вакуумные покрытия [Текст] / В. И. Змий, С. Г. Руденький. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. – 158 с.

Кудинов, В. В. Плазменные покрытия [Текст] / В. В. Кудинов. – М., «Наука», 1977. – 184 с.

Аксенов, И. И. Вакуумная дуга: источники плазмы, осаждение покрытий, поверхностное модифицирование [Текст] / И. И. Аксенов, А. А. Андреев, В. А. Белоус и др.; под. ред. И. И. Аксенова. – НПП «Издательство “Наукова думка” НАН Украины», дизайн, 2012.– 726 с.

Андреев, А. А. Вакуумно-дуговые покрытия [Текст] / А. А. Андреев, Л. П. Саблев, С. Н. Григорьев. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. – 317 с.

Boxman, R. L. Structure and properties of vacuum arc deposited multi-component nitride coatings of Ti, Zr and Nb [Text] / R. L. Boxman, V. N. Zhitomirsky, I. Grinberg, L. Rapoport, S. Goldsmith, B. Z. Weiss // Surface and Coatings Technology. – 2000. – Vol. 125, Issue 1-3. – P. 257–262. doi: 10.1016/s0257-8972(99)00570-8 

Dobrzanski, L. A. Structure and properties of the TiN and Ti(CN) coatings deposited in the PVD process on the high-speed steels [Text] / L. A. Dobrzanski, M. Adamiak // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 133, Issue 1-2. – P. 50–62. doi: 10.1016/s0924-0136(02)00244-3 

Картмазов, Г. Н. Исследование эрозии покрытий из нитрида титана под воздействием кавитации и воздушно-абразивного потока [Текст] / Г. Н. Картмазов, В. И. Коваленко, В. В. Кунченко, В. Г. Маринин // Вопросы атомной науки и техники. Серия ФРП и РМ. – 1998. – Вып. 5(71). – С. 71–74.

Коваленко, В. І. Обладнання для дослідження ерозії покриттів при мікро ударному діянні [Текст] / В. І. Коваленко, В. Г. Маринін // Вопросы атомной науки и техники. Серия ФРП и РМ. – 1998. – Вып. 5(71). – С. 83–85.

Маринін, В. Г. Покриття для захисту елементів теплоенергетичного устаткування [Текст] / В. Г. Маринін // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2011. – Т. 5, № 5(53). – С. 32–37. – Режим доступа: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1220/1124

Смыслов, А. М. Нанослойное покрытие для лопаток турбомашин из титановых сплавов [Текст] / А. М. Смыслов, А. Д. Мингажев, М. К. Смыслова, и др. // Уфа: Вестник УГАТУ. Машиностроение. – 2011. – Т. 15, № 1(41). – С. 109–112.







Copyright (c) 2014 Виктор Николаевич Воеводин, Геннадий Николаевич Картмазов, Владимир Григорьевич Маринин

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061