Optimization of a self-fluxing Ni-Cr-B-Si spray and fuse coating

Abstract

Termisesti ruiskutetut NiCrBSi -sulautepinnoitteet ovat laajalti käytössä teollisuuden eri aloilla. Niille ominaista on kulumiskestävyys, vakaus korkeissa lämpötiloissa ja hyvät korroosionkesto-ominaisuudet. Kuitenkin, optimaalisen pinnoituslaadun saavuttaminen on haasteellista, erityisesti huokoisuuden vähentämisen osalta. Tämän diplomityötutkimuksen tavoitteena oli selvittää parhaat pinnoitus- ja sulautusparametrit liekkiruiskutetuille NiCrBSi -sulautepinnoitteille käyttäen kolmea erilaista sulautusatmosfääriä: ilmaa, argonia ja vakuumia. Oletuksena oli, että tavallista ilmauunia käytettäessä, hapen läsnäolo aiheuttaa negatiivisen vaikutuksen pinnoitteen laatuun ja sitä pyrittiin estämään käyttämällä sekä tyhjiöuunia, että suojakaasu-uunia. Työn yhteydessä selvitettiin myös lyhyesti pinnoitettavien kappaleiden raepuhallukseen liittyviä muuttujia ja niiden vaikutuksia pinnoitteen laatuun. Pinnoitenäytteitä oli kahta eri geometriaa, joista tutkittiin sekä mikrorakenteellisia ominaisuuksia, että makroskooppista eheyttä, pääpainona matalan huokoisuuden saavuttaminen. Parhaaksi sulautusatmosfääriksi osoittautui huokoisuuden kannalta vakuumisulautus, mutta myös muilla sulautusatmosfääreillä saavutettiin hyviä tuloksia. Suurin osa saavutetuista pinnoitteen huokoisuuksista oli alle kolme prosenttia, joka voidaan tulkita onnistuneeksi, lukuun ottamatta joitakin täysin epäonnistuneita näytteitä.

Thermally sprayed self-fluxing NiCrBSi coatings are widely used in various industrial sectors. They are known for their wear resistance, stability at high temperatures, and excellent corrosion resistance properties. However, achieving optimal coating quality remains challenging, especially concerning porosity reduction. The goal of this master’s thesis research was to determine the best coating and fusing parameters for flame sprayed self-fluxing NiCrBSi coatings using three different fusing atmospheres: air, argon, and vacuum. The assumption was that when using a conventional air furnace, the presence of oxygen negatively affects coating quality. To mitigate this, both vacuum and protective gas furnaces were employed. Additionally, we briefly investigated the variables related to grit blasting of the coated specimens and their impact on coating quality. The coated samples had two different geometries, with a focus on achieving low porosity by wxamining both microstructural features and macroscopic integrity. The most effective fusing atmosphere in terms of porosity reduction turned out to be vacuum fusing, although positive results were also achieved with other fusing atmospheres. Most of the achieved porosities were good, except for a few completely unsuccessful samples.