DE202022101290U1 - A system to study the erosion wear behavior of four different high-velocity oxy-fuel (HVOF) coatings - Google Patents

A system to study the erosion wear behavior of four different high-velocity oxy-fuel (HVOF) coatings Download PDF

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Abstract

Ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Beschichtungen (HVOF), das System umfasst:
eine Präparationseinheit zum Präparieren des Substratmaterials und der Probe, wobei das Substratmaterial unter Verwendung von rostfreiem Stahl 410 hergestellt wird und die nominelle chemische Zusammensetzung des verwendeten Materials, das rostfreier Stahl 410 ist, unter Verwendung eines optischen Emissionsspektrometers genau gemessen wird,
eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen von WC-10Co-4Cr-, Colmonoy-88-, Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungspulvern auf das vorbereitete Substratmaterial SS410 unter Verwendung eines handelsüblichen thermischen Spritzbrenners, wobei eine 180-330 µm dicke Beschichtung auf das Substratmaterial aufgebracht wird;
eine PSD-Einheit zur Ermittlung der Teilchengrößenverteilung von Erosionsmittelteilchen durch Durchführung einer britischen Siebanalyse, wobei Flugasche als Erosionsmittelmaterial verwendet wird und ihr Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls unter Verwendung eines Mikrowellenofens entfernt wird; und
eine Versuchseinheit zum Durchführen von Schlamm-Erosionsverschleißversuchen unter Verwendung eines Schlamm-Erosions-Topf-Testers, wobei der Schlamm-Erosions-TopfTester einen zylindrischen Behälter, der Topf genannt wird, eine rotierende Spindel und eine Schraubbacke enthält und das Fassungsvermögen des Testers nahe bei 2000 ml liegt, was zum Gießen des Schlamms in den Tester verwendet wird.

Figure DE202022101290U1_0000
A system to study the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings, the system includes:
a preparation unit for preparing the substrate material and the sample, wherein the substrate material is prepared using 410 stainless steel and the nominal chemical composition of the material used, which is 410 stainless steel, is accurately measured using an optical emission spectrometer,
a coating unit for applying WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coating powders onto the prepared SS410 substrate material using a commercial thermal spray gun, depositing a 180-330 µm thick coating onto the substrate material is applied;
a PSD unit for determining the particle size distribution of erosive particles by performing a British sieve analysis using fly ash as the erosive material and also removing its moisture content using a microwave oven; and
a test unit for conducting mud erosion wear tests using a mud erosion pot tester, the mud erosion pot tester containing a cylindrical container called a pot, a rotating spindle and a screw jaw and the capacity of the tester close to 2000 ml is what is used to pour the slurry into the tester.
Figure DE202022101290U1_0000

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbeschichtungen (HVOF).The present disclosure relates to a system for studying the erosion behavior of four different high velocity oxygen coatings (HVOF).

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Erosionsverschleiß kann definiert werden als die Verschlechterung des Materials, das im Boden suspendiert ist und durch die Wechselwirkung zwischen der Zieloberfläche und den festen Partikeln in der Aufschlämmung entsteht. Viele technische Anwendungen wie Rohrleitungen, Pumpen, Laufräder und Turbinen sind mit diesem Problem konfrontiert.Es wurde festgestellt, dass dieser Erosionsverschleiß von vielen Variablen abhängt, z. B. von der Geschwindigkeit der Partikel, der Größe und Form der Partikel, der Schlammkonzentration, der Härte der Schlammpartikel und der Härte des Zielmaterials.Die Erosion hängt auch von der Art des Materials ab, was darauf hindeutet, dass ein Material mit höherer Härte eine bessere Erosionsverschleißfestigkeit aufweist in denen vorgeschlagen wird, dass die Härte des Materials durch einige Techniken der Oberflächenhärtung verbessert werden kann.Erosion wear can be defined as the deterioration of the material suspended in the soil resulting from the interaction between the target surface and the solid particles in the slurry. Many engineering applications such as pipelines, pumps, impellers and turbines face this problem. This erosion wear has been found to depend on many variables such as: B. on the speed of the particles, the size and shape of the particles, the mud concentration, the hardness of the mud particles and the hardness of the target material. Erosion also depends on the type of material, which indicates that a material with higher hardness has a exhibits better erosion wear resistance in which it is suggested that the hardness of the material can be improved by some surface hardening techniques.

Edelstahl ist eines der besten Materialien für die Konstruktion von Pumpenlaufrädern aufgrund seiner unglaublichen mechanischen Eigenschaften und seiner erhöhten Erosionsbeständigkeit. Langfristig können sie jedoch nicht verwendet werden, da sie aufgrund ihrer geringen Härte nicht in der Lage sind, dem Erosionsverschleiß zu widerstehen. Dieses Problem kann jedoch durch die Erhöhung der Härte des Edelstahls unter Verwendung verschiedener thermischer Spritzbeschichtungen gemildert werden, wobei eine der am meisten empfohlenen Spritzbeschichtungen die Hochgeschwindigkeits-Sauerstofftechnik (HVOF) ist, die eine gute Haftung zwischen der Beschichtungsschicht und der Substratoberfläche bietet.Stainless steel is one of the best materials for constructing pump impellers due to its incredible mechanical properties and increased resistance to erosion. However, they cannot be used in the long term because of their inability to resist erosion wear due to their low hardness. However, this problem can be alleviated by increasing the hardness of the stainless steel using various thermal spray coatings, with one of the most recommended spray coatings being the High Velocity Oxygen (HVOF) technique, which provides good adhesion between the coating layer and the substrate surface.

Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass WC- und Cr-Beschichtungen im Vergleich zu unbeschichteten Substraten eine höhere Erosionsverschleißfestigkeit bieten und auch die Verwendung von Ni-Cr-Beschichtungen einen ausgezeichneten Schutz gegen Erosionsverschleiß bietet, wobei herausgefunden wurde, dass das härteste Element, Colmonoy-88 auf Nickelbasis, die höchste Erosions- und Abriebfestigkeit bietet.Various investigations have shown that WC and Cr coatings provide higher erosion wear resistance compared to uncoated substrates and also the use of Ni-Cr coatings provides excellent protection against erosion wear, finding that the hardest element, Colmonoy-88 Nickel-based, which offers the highest erosion and abrasion resistance.

Viele Forschungen konzentrieren sich nur auf den Vergleich der Erosionsverschleißcharakteristiken von unbeschichteten und beschichteten Oberflächen und untersuchen nicht die Auswirkungen verschiedener Parameter, die den Erosionsverschleiß beeinflussen, wie Geschwindigkeit, Partikelgröße, Dauer, Feststoffkonzentration und der Aufprallwinkel des Erosionsverschleißes. Es ist notwendig, die Auswirkungen verschiedener Parameter zu untersuchen, um die richtige Beschichtung für die Erhöhung der Härte des exponierten Zielmaterials zu wählen und die Erosionsbeständigkeit zu verbessern.Much research focuses only on comparing the erosive wear characteristics of uncoated and coated surfaces and does not examine the effects of various parameters that affect erosive wear, such as speed, particle size, duration, solids concentration, and the angle of impact of erosive wear. It is necessary to study the effects of various parameters in order to choose the right coating for increasing the hardness of the exposed target material and improving erosion resistance.

In Anbetracht der vorangegangenen Diskussion wird deutlich, dass ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbeschichtungen (HVOF) erforderlich ist.In view of the foregoing discussion, it is clear that a system to study the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings is required.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbeschichtungen (HVOF). Das vorgeschlagene System zielt darauf ab, die Erosionsverschleißmerkmale von vier verschiedenen HVOF-Spritzschichten zu vergleichen und zu analysieren, nämlich WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 und Ni-Cr.Diese vier Beschichtungen werden auf Pumpenlaufräder aus rostfreiem Stahl (SS410) aufgetragen, um das Erosionsverschleißverhalten der vier verschiedenen Beschichtungen zu bewerten. Die verschiedenen aufgetragenen Mikrometerschichten auf der Pumpe werden mittels Energiedispersionsspektroskopie (EDS), Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Mikrohärte und Mikrorauigkeit charakterisiert. Nach der Charakterisierung werden die Mikrobeschichtungen einem Erosionsverschleißtest mit dem Ducomslurry-Topf-Testgerät mit Flugasche als Erosionsmittel unterzogen. In dieser Veröffentlichung werden die Auswirkungen von vier Prozessparametern - Rotationsgeschwindigkeit, durchschnittliche Partikelgröße, Feststoffkonzentration und Zeitdauer - auf die Erosion von SS410 durch Schlamm untersucht. Die Ergebnisse der Erosionsverschleißstudie zeigen, dass die Erosionsbeständigkeit der Beschichtungen in der Reihenfolge WC-10Co-4Cr>Colmonoy-88>Stellit-6>und Ni-Cr ansteigt. Diese Reihenfolge deutet darauf hin, dass die gespritzte WC-10Co-4Cr-Beschichtung den höchsten Erosionsverschleißwiderstand aufweist, was auf die höhere Härte der Beschichtung im Vergleich zu anderen Beschichtungen zurückzuführen sein kann. Die Ergebnisse zeigten auch, dass der Erosionsverschleiß der Beschichtungen WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 und Ni-Cr bei einem Aufprallwinkel von 30°, 45°, 60° bzw. 90° maximal ist.The present disclosure relates to a system for studying the erosion behavior of four different high velocity oxygen coatings (HVOF). The proposed system aims to compare and analyze the erosive wear characteristics of four different HVOF sprayed coatings, namely WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr. These four coatings are applied to stainless steel pump impellers ( SS410) applied to evaluate the erosion wear behavior of the four different coatings. The various deposited micrometer layers on the pump are characterized using energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), microhardness and microroughness. After characterization, the microcoatings are subjected to an erosion wear test using the Ducomslurry pot tester with fly ash as the erosive agent. In this paper, the effects of four process parameters - rotation speed, average particle size, solids concentration and time duration - on the erosion of SS410 by sludge are examined. The results of the erosion wear study show that the erosion resistance of the coatings increases in the order WC-10Co-4Cr>Colmonoy-88>stellite-6>and Ni-Cr. This order indicates that the sprayed WC-10Co-4Cr coating has the highest erosion wear resistance, which may be due to the higher hardness of the coating compared to other coatings. The results also showed that the erosion wear of the WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coatings is maximum at impact angles of 30°, 45°, 60° and 90°, respectively.

Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbeschichtungen (HVOF) bereitzustellen. Das System umfasst: eine Vorbereitungseinheit zur Vorbereitung des Substratmaterials und der Probe, wobei das Substratmaterial unter Verwendung von rostfreiem Stahl 410 hergestellt wird und die nominelle chemische Zusammensetzung des verwendeten Materials, das rostfreier Stahl 410 ist, unter Verwendung eines optischen Emissionsspektrometers genau gemessen wird;eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen von WC-10Co-4Cr-, Colmonoy-88-, Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungspulvern auf das vorbereitete Substratmaterial SS410 unter Verwendung eines handelsüblichen thermischen Spritzbrenners, wobei eine 180-330 µm dicke Beschichtung auf das Substratmaterial aufgebracht wird;eine PSD-Einheit zur Ermittlung der Partikelgrößenverteilung von Erosionsmittelteilchen durch Durchführung einer britischen Siebanalyse, wobei Flugasche als Erosionsmittelmaterial verwendet wird und ihr Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls unter Verwendung eines Mikrowellenofens entfernt wird;und eine Versuchseinheit zum Durchführen von Gülleerosionsverschleißversuchen unter Verwendung eines Gülleerosions-Topftesters, wobei der Gülleerosions-Topftester einen zylindrischen Behälter, der Topf genannt wird, eine rotierende Spindel und eine Schraubbacke enthält und das Fassungsvermögen des Testers nahe 2000 ml ist, das zum Gießen der Gülle in den Tester verwendet wird.The present disclosure aims to provide a system for studying the erosion behavior of four different high-speed Provide oxygen coatings (HVOF). The system comprises: a preparation unit for preparing the substrate material and the sample, wherein the substrate material is prepared using 410 stainless steel and the nominal chemical composition of the material used, which is 410 stainless steel, is accurately measured using an optical emission spectrometer;a Coating unit to apply WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coating powders to the prepared SS410 substrate material using a commercial thermal spray gun, applying a 180-330 µm thick coating to the substrate material a PSD unit for determining the particle size distribution of erosive particles by performing a British sieve analysis using fly ash as the erosive material and removing its moisture content also using a microwave oven; and an experimental unit for performing of manure erosion wear tests using a manure erosion pot tester, where the manure erosion pot tester contains a cylindrical container called a pot, a rotating spindle and a screw jaw, and the capacity of the tester is close to 2000 ml, which is used for pouring the manure into the tester .

Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbeschichtungen (HVOF).An object of the present disclosure is to provide a system for studying the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Beschichtung von 4 verschiedenen Beschichtungen, nämlich WC-1 0Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 und Ni-Cr.Another object of the present disclosure is the coating of 4 different coatings, namely WC-1 0Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Charakterisierung der Beschichtungen, die auf dem Pumpenlaufrad aus rostfreiem Stahl (SS410) aufgebracht sind.Another objective of the present disclosure is to characterize the coatings applied to the stainless steel (SS410) pump impeller.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Parameter auf den Erosionsverschleiß.Another objective of the present disclosure is to study the effects of various parameters on erosive wear.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist der Vergleich des Erosionsverschleißes von vier verschiedenen Beschichtungen.Another objective of the present disclosure is to compare the erosion wear of four different coatings.

Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als einschränkend für deren Umfang anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben und erläutert.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention is provided by reference to specific embodiments that are illustrated in the accompanying figures. It is understood that these figures represent only typical embodiments of the invention and are therefore not to be considered as limiting the scope thereof. The invention is described and explained in more detail with reference to the accompanying figures.

Figurenlistecharacter list

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:

  • 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Beschichtungen (HVOF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 2A, 2B, 2C und 2D die Auswirkungen von vier verschiedenen Parametern auf den Erosionsverschleiß des Substratmaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen; und
  • 3A und 3B die Auswirkung der Auftreffwinkel auf den Erosionsverschleiß bei den maximalen Werten der Drehzahl (1500 U/min), der Feststoffkonzentration (65 %), der Partikelgröße (150-250 µm) und der Zeitdauer (210 min) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen.
These and other features, aspects, and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying figures, in which like characters represent like parts throughout the figures, wherein:
  • 1 Figure 12 shows a block diagram of a system for studying the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings according to an embodiment of the present disclosure;
  • 2A , 2 B , 2C and 2D illustrate the effects of four different parameters on erosive wear of the substrate material according to an embodiment of the present disclosure; and
  • 3A and 3B show the effect of impact angles on erosive wear at the maximum values of speed (1500 rpm), solids concentration (65%), particle size (150-250 μm) and time duration (210 min) according to an embodiment of the present disclosure.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können ein oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sein, und die Figuren können nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung von Bedeutung sind, um die Figuren nicht mit Details zu verdecken, die für Fachleute mit normalen Kenntnissen, die von der vorliegenden Beschreibung profitieren, ohne weiteres erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the figures are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. Furthermore, one or more components of the device may be represented in the figures by conventional symbols, and the figures may show only the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure, so as not to obscure the figures with details, which will be readily apparent to those of ordinary skill in the art having the benefit of this description.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Zum besseren Verständnis der Grundsätze der Erfindung wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese in einer speziellen Sprache beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden auf die sich die Erfindung bezieht.For a better understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the figures and described in specific language. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, with such modifications and others Modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention illustrated therein are contemplated as would normally occur to one skilled in the art to which this invention pertains.

Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und nicht als einschränkend angesehen werden.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not to be taken as limiting.

Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When this specification refers to "an aspect," "another aspect," or the like, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment included in the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.

Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprises," "including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, such that a method or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may also include other steps that are not expressly stated or pertaining to any such process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the attached figures.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Beschichtungen (HVOF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 umfasst eine Vorbereitungseinheit 102 zur Vorbereitung des Substratmaterials und der Probe, wobei das Substratmaterial 104 unter Verwendung von rostfreiem Stahl 410 hergestellt wird und die nominelle chemische Zusammensetzung des verwendeten Materials, bei dem es sich um rostfreien Stahl 410 handelt, mit Hilfe eines optischen Emissionsspektrometers genau gemessen wird. 1 12 shows a block diagram of a system for studying the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings according to an embodiment of the present disclosure. The system 100 includes a preparation unit 102 for preparing the substrate material and sample, wherein the substrate material 104 is prepared using 410 stainless steel and the nominal chemical composition of the material used, which is 410 stainless steel, using an optical Emission spectrometer is measured accurately.

In einer Ausführungsform wird eine Beschichtungseinheit 106 zum Aufbringen von WC-10Co-4Cr-, Colmonoy-88-, Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungspulvern auf das vorbereitete Substratmaterial SS410 (104) unter Verwendung eines handelsüblichen thermischen Spritzbrenners (108) verwendet, wobei eine 180-330 µm dicke Schicht auf das Substratmaterial aufgebracht wird.In one embodiment, a coating unit 106 is used to apply WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6, and Ni-Cr coating powders to the prepared SS410 substrate material (104) using a commercial thermal spray gun (108). , whereby a 180-330 µm thick layer is applied to the substrate material.

In einer Ausführungsform wird eine PSD-Einheit 110 verwendet, um die Partikelgrößenverteilung der Erosionsmittelteilchen durch eine britische Siebanalyse zu ermitteln, wobei Flugasche als Erosionsmittel verwendet und ihr Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls mit einem Mikrowellenofen entfernt wird.In one embodiment, a PSD unit 110 is used to determine the particle size distribution of the erosive particles by British sieve analysis using fly ash as the erosive and its moisture content is also removed with a microwave oven.

In einer Ausführungsform wird eine Versuchseinheit 112 für die Durchführung von Gülleerosionsverschleiß-Experimenten unter Verwendung eines Gülleerosions-Topftesters 114 verwendet, wobei der Gülleerosions-Topftester einen zylindrischen Behälter, der Topf 116 genannt wird, eine rotierende Spindel 118 und eine Schraubbacke 120 enthält und das Fassungsvermögen des Testers etwa 2000 ml beträgt, die zum Einfüllen der Gülle in den Tester verwendet werden.In one embodiment, an experimental unit 112 is used for conducting manure erosion wear experiments using a manure erosion pot tester 114, the manure erosion pot tester including a cylindrical container called a pot 116, a rotating spindle 118 and a screw jaw 120 and capacity of the tester is about 2000 ml, which is used to fill the slurry into the tester.

In einer Ausführungsform hat das vorbereitete Substratmaterial (104) eine Abmessung von 50 mm × 25 mm × 5 mm mit einem konzentrischen Loch von Ø 8 mm.In one embodiment, the prepared substrate material (104) has a dimension of 50 mm x 25 mm x 5 mm with a concentric hole of Ø 8 mm.

In einer Ausführungsform wird die Oberfläche der Substratproben vor dem Aufbringen der Beschichtungspulver entweder mit Sand oder anderen Schleifpartikeln gestrahlt, was die Festigkeit zwischen der Oberfläche der Substratprobe und der Beschichtungsschicht verbessert.In one embodiment, the surface of the substrate samples is blasted with either sand or other abrasive particles prior to application of the coating powders, which improves the strength between the surface of the substrate sample and the coating layer.

In einer Ausführungsform hat die Flugasche eine kugelähnliche Form ohne scharfe Kanten, und die Siebanalyse zur Verteilung der Partikelgröße wird mit britischen Sieben mit unterschiedlichen Maschenzahlen durchgeführt, die von 350 µm bis 53 µm reichen.In one embodiment, the fly ash has a spherical shape with no sharp edges and sieve analysis for particle size distribution is performed using British sieves of varying mesh counts ranging from 350 µm to 53 µm.

In einer Ausführungsform enthält die Flugascheprobe etwa 7.33 % Teilchen unter 53 µm und fast 90.83 % Teilchen im Bereich von 53-250 µm, wobei die Flugascheteilchen sehr fein sind und deshalb die Menge der großen Teilchen in der Flugasche sehr gering ist.In one embodiment, the fly ash sample contains about 7.33% particles below 53 microns and almost 90.83% particles in the range 53-250 microns, the fly ash particles being very fine and therefore the amount of large particles in the fly ash is very small.

In einer Ausführungsform ist am Boden der Drehspindel 118 mit Hilfe der Schraubbacken 120 ein Flügelrad 122 befestigt, das die Bewegung der Gülleteilchen unterstützt und verhindert, dass sich die Gülle während des Versuchs am Boden des Topfes absetzt. Der Probekörper wird mit Hilfe des Flügelrads in verschiedenen Aufprallwinkeln von 0 bis 90° angezogen, wodurch sich sowohl der Probekörper als auch das Flügelrad mit derselben Geschwindigkeit drehen.In one embodiment, an impeller 122 is attached to the bottom of the rotating spindle 118 by means of screw jaws 120, which aids in the movement of the manure particles and prevents the manure from settling at the bottom of the pot during the experiment. The specimen is attracted by the impeller at various impact angles from 0 to 90°, causing both the specimen and the impeller to rotate at the same speed.

In einer Ausführungsform wird der Verlust des erodierten Materials als die Differenz zwischen der Masse vor und nach dem Erosionstest betrachtet, wobei die Masse des Prüfkörpers zu beiden Zeitpunkten gemessen wird.In one embodiment, the loss of eroded material is considered to be the difference between the mass before and after the erosion test, where the mass of the specimen is measured at both times.

In einer Ausführungsform wird das Erosionsverschleiß-Experiment in verschiedenen Stufen durchgeführt, in denen die Parameter wie Feststoffkonzentration, Drehzahl, Partikelgröße, Aufprallwinkel und Zeitdauer variiert werden und die Auswirkungen dieser Parameter auf den Erosionsverschleiß untersucht werden.In one embodiment, the erosive wear experiment is performed in different stages in which parameters such as solids concentration, speed, particle size, impact angle, and time duration are varied and the effects of these parameters on erosive wear are studied.

In einer Ausführungsform werden die mittleren Größen der Flugaschepartikel mit Hilfe der nachstehenden Gleichung gemessen: Durchhschnittliche Feinheitszahl = Σ ( Mi ( mi X g ) ) Σ ( mi X g )

Figure DE202022101290U1_0001
Dabei steht Mi für den Siebstandardmultiplikator, Σmi für die Summe der Masse, die in jedem der Siebe zurückgehalten wird, und in der Gleichung steht g für die Gravitationskonstante.In one embodiment, the mean fly ash particle sizes are measured using the following equation: average fineness number = Σ ( wed ( wed X g ) ) Σ ( wed X g )
Figure DE202022101290U1_0001
Where Mi is the sieve standard multiplier, Σmi is the sum of the mass retained in each of the sieves, and in the equation g is the gravitational constant.

In einer Ausführungsform wird die Rasterelektronenmikroskopie von WC-10Co-4Cr-, Colmonoy-88-, Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungspulvern unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops durchgeführt, wobei die Ergebnisse zeigen, dass Colmonoy-88 und Stellit-6 zenosphärische und gebündelte kugelförmige Teilchen aufweisen, während das WC-10Co-4Cr-Pulver gemischte ellipsoide Teilchen und die Ni-Cr-Verbindung gröbere und gleichförmige Teilchen aufweist. Dieses Pulver wird durch Mischen von 80 % Nickel mit 20 % Chrom unter Verwendung eines Kugelmischers hergestellt. Das EDS-Spektrum des WC-10Co-4Cr-Pulvers zeigte das Vorhandensein von C, Co, Cr und W, wobei der prozentuale Anteil dieser Elemente bei 17, 2, 5 bzw. 76 % lag. Das EDS-Spektrum von Colmonoy-88-Pulver zeigt das Vorhandensein von C, Si, Cr, Fe und Ni mit einem Prozentsatz von 4.47, 4.79, 14.58, 3.28 bzw. 72.88. Das EDS-Spektrum von Stellit-6-Pulver zeigte das Vorhandensein von C, Si, Cr, Fe, Co und W in einem prozentualen Anteil von 5, 1.16, 29.41, 1.60, 55.96 bzw. 6.28 % und das EDS-Spektrum von Ni-Cr-Pulver zeigte das Vorhandensein von Ni, C und Cr, wobei der prozentuale Anteil 76, 5 bzw. 19 % beträgt.In one embodiment, scanning electron microscopy of WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coating powders is performed using a scanning electron microscope with the results showing that Colmonoy-88 and Stellite-6 are zenospheric and have clustered spherical particles, while the WC-10Co-4Cr powder has mixed ellipsoidal particles and the Ni-Cr compound has coarser and uniform particles. This powder is made by mixing 80% nickel with 20% chromium using a ball mixer. The EDS spectrum of the WC-10Co-4Cr powder showed the presence of C, Co, Cr and W, the percentage of these elements being 17, 2, 5 and 76%, respectively. The EDS spectrum of Colmonoy-88 powder shows the presence of C, Si, Cr, Fe and Ni with a percentage of 4.47, 4.79, 14.58, 3.28 and 72.88, respectively. The EDS spectrum of Stellite-6 powder showed the presence of C, Si, Cr, Fe, Co and W in percentages of 5, 1.16, 29.41, 1.60, 55.96 and 6.28%, respectively, and the EDS spectrum of Ni -Cr powder showed the presence of Ni, C and Cr, the percentage being 76, 5 and 19%, respectively.

In einer Ausführungsform zeigt der REM-Querschnitt des beschichteten WC-10Co-4Cr-Substrats, dass die Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Beschichtung gleichmäßig, kompakt und fehlerfrei ist. In der Beschichtungsstruktur sind jedoch einige ungeschmolzene Partikel zu erkennen. Höher glänzende Bereiche stellen die Suspension der WC-Phase in der Binderphase dar, was meist mit der Entkohlung dieser Bereiche zusammenhängt. Die Dicke der Beschichtung beträgt etwa 180-330 µm und die WC-10Co-4Cr-Beschichtung enthält W, Co, Cr und C in einem Anteil von 78.46, 9.27, 3.61 und 4.27 %. Die XRD-Beugung dieser Beschichtung zeigte das Vorhandensein der W2C-Phase aufgrund der Entkohlung von WC zu W2C-Partikeln.Das REM-Querschnittsbild der Colmonoy-88-Beschichtung auf dem Substratmaterial zeigt, dass die Schicht der Beschichtung ein dichtes Erscheinungsbild hat, das eine lamellare Mikrostruktur aufweist und vollständig geschmolzene Splat-Lamellen zusammen mit einigen ungeschmolzenen Partikeln innerhalb der Splats enthält. Der dunkle Bereich, der in der Beschichtung von Colmonoy-88 zu sehen ist, ist entweder reich an Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) zusammen mit Chrom (Cr) und Eisen (Fe), und der helle Bereich, der in der Beschichtung von Colmonoy-88 zu sehen ist, zeigt das Vorhandensein von Chrom- oder Wolframkarbiden oder Boridphasen an.Die EDS-Diagramme der Colmonoy-88-Beschichtung zeigen das Vorhandensein von W, Cr, Co, Ni, Al, Si, B und C in einem Prozentsatz von 13.32, 11.28, 0.12, 61.12, 3.23, 3.34 und 5.14 %. Das XRD-Muster von Colmonoy-88 zeigt, dass die Nickelphase in der Beschichtung zusammen mit WC-, Cr23C6-, Ni3B- und Ni3Si-Peaks vorhanden ist. Der REM-Querschnitt der Stellit-6-Beschichtung auf dem Substratmaterial zeigte, dass die Beschichtung eine dichte, gleichmäßige und schichtförmige Mikrostruktur aufweist. Die Beschichtungsstruktur weist verschiedene Verunreinigungen wie Einschlüsse, Oxide und Porosität auf. Die REM-Untersuchung zeigte eine einwandfreie Grenzfläche zwischen der Stellit-6-Beschichtung und dem Substratmaterial sowie eine gleichmäßige Beschichtung beider Materialien. In den Beschichtungsbereichen sind auch einige wenige ungeschmolzene Partikel zu sehen. Die EDS-Diagramme des Spektrums der Stellit-6-Beschichtung zeigten das Vorhandensein von Cr, W, Co, Ni, Si und C in einem Prozentsatz von 28.34, 3.47, 57.92, 0.9 und 5.17 %. Das XRD-Muster der Stellit-6-Beschichtung zeigt das Vorhandensein von Nickelphasen, Co, FeC und Cr23C6. Das Kreuz-SEM der Ni-Cr-Beschichtung mit dem Substratmaterial zeigte, dass die Beschichtung eine feine und splatweise geschichtete lamellare Struktur mit dem Vorhandensein von außergewöhnlichen ungeschmolzenen Partikeln aufweist. Die EDS der N-Cr-Beschichtung zeigte das Vorhandensein von Ni, Cr und C mit einem Prozentsatz von 78.32, 18.23 und 3.45%. Die XRD-Beugung der Ni-Cr-Beschichtung zeigte, dass die Nickelphase, NiO, Cr und Cr2O3 vorhanden sind.In one embodiment, the SEM cross section of the coated WC-10Co-4Cr substrate shows that the interface between the substrate and the coating is uniform, compact, and defect-free. However, some unfused particles can be seen in the coating structure. Higher gloss areas represent the suspension of the WC phase in the binder phase, which is usually related to the decarburization of these areas. The thickness of the coating is about 180-330 µm and the WC-10Co-4Cr coating contains W, Co, Cr and C in proportions of 78.46, 9.27, 3.61 and 4.27%. XRD diffraction of this coating showed the presence of the W 2 C phase due to the decarburization of WC to W 2 C particles. The cross-sectional SEM image of the Colmonoy-88 coating on the substrate material shows that the layer of the coating has a dense appearance has a lamellar microstructure and contains fully fused splat lamellae along with some unfused particles within the splats. The dark area seen in the Colmonoy-88 plating is rich in either nickel (Ni) or cobalt (Co) along with chromium (Cr) and iron (Fe), and the light area that is in the plating of Colmonoy-88 indicates the presence of chromium or tungsten carbides or boride phases. The EDS plots of the Colmonoy-88 coating show the presence of W, Cr, Co, Ni, Al, Si, B and C in a percentage of 13.32, 11.28, 0.12, 61.12, 3.23, 3.34 and 5.14%. The XRD pattern of Colmonoy-88 shows that the nickel phase is present in the coating along with WC, Cr 23 C 6 , Ni3B and Ni3Si peaks. The SEM cross-section of the Stellite-6 coating on the substrate material showed that the coating has a dense, uniform, and layered microstructure. The coating structure has various impurities such as inclusions, oxides and porosity. The SEM examination showed a perfect interface between the Stellite 6 coating and the substrate material and a uniform coating of both materials. A few unfused particles can also be seen in the coating areas. The EDS plots of the spectrum of the Stellite-6 coating showed the presence of Cr, W, Co, Ni, Si and C in percentages of 28.34, 3.47, 57.92, 0.9 and 5.17%. That XRD pattern of the Stellite-6 coating shows the presence of nickel phases, Co, FeC and Cr 23 C 6 . The cross-SEM of the Ni-Cr coating with the substrate material showed that the coating has a fine and splat-wise stratified lamellar structure with the presence of exceptional unfused particles. The EDS of the N-Cr coating showed the presence of Ni, Cr and C with a percentage of 78.32, 18.23 and 3.45%. XRD diffraction of the Ni-Cr coating showed that the nickel phase, NiO, Cr and Cr 2 O 3 are present.

In einer Ausführungsform haben die Analysen der Beschichtung ergeben, dass die WC-10Co-4Cr-Beschichtung auf dem Trägermaterial die höchste durchschnittliche Mikrohärte aufweist und die Ni-Cr-Beschichtung auf dem Trägermaterial die geringste Mikrohärte hat. Die Werte der Porosität für die verschiedenen Beschichtungen variieren im Bereich von 1.2% bis 2.8%.In one embodiment, analysis of the coating revealed that the WC-10Co-4Cr coating on the substrate has the highest average microhardness and the Ni-Cr coating on the substrate has the lowest microhardness. The porosity values for the different coatings vary in the range of 1.2% to 2.8%.

Die 2A, 2B, 2C und 2D veranschaulichen die Auswirkungen von vier verschiedenen Parametern auf den Erosionsverschleiß des Trägermaterials in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei den vier Parametern handelt es sich um die in 2A dargestellte Drehzahl, die in 2B dargestellte Feststoffkonzentration, die in 2C dargestellte Partikelgröße und die in 2D dargestellte Zeitdauer. Durch diesen Erosionsverschleiß wird die Leistung von WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 und Ni-Cr-Beschichtungen bewertet. Das Endergebnis des Erosionstests ergab, dass die WC-Beschichtung im Vergleich zu allen anderen Beschichtungen die höchste Erosionsbeständigkeit aufweist, da sie eine höhere Härte aufweist. Es wurde festgestellt, dass der Massenverlust der beschichteten Werkstücke während der gesamten ersten Zyklen höher ist. Die Auswirkungen der Drehzahl, der Konzentration der Schlammpartikel, der Partikelgröße und der Zeitdauer sind unten dargestellt, wobei die maximale Drehzahl 1500 U/min, die maximale Feststoffkonzentration 65 %, die maximale Zeitdauer 210 min und die maximale Partikelgröße 150-250 µm beträgt.the 2A , 2 B , 2C and 2D 10 illustrate the effects of four different parameters on erosive wear of the substrate, in accordance with an embodiment of the present disclosure. The four parameters are the in 2A RPM shown in 2 B Solids concentration shown, which is shown in 2C shown particle size and in 2D shown duration. This erosion wear evaluates the performance of WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coatings. The final result of the erosion test showed that the WC coating has the highest erosion resistance compared to all other coatings because it has higher hardness. It has been found that the mass loss of the coated parts is higher throughout the first cycles. The effects of speed, sludge particle concentration, particle size and time are shown below, where the maximum speed is 1500 rpm, the maximum solids concentration is 65%, the maximum time is 210 min and the maximum particle size is 150-250 µm.

Auswirkung der Rotationsgeschwindigkeit:Effect of rotation speed:

Der Versuch wird bei vier verschiedenen Drehzahlen durchgeführt, nämlich 750, 1000, 1250 und 1500 U/min. Der Versuch wird bei maximalen Werten für Zeitdauer, Konzentration und Partikelgröße durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Experiments zeigen, dass die spezifische Erosionsrate mit zunehmender Drehzahl ansteigt, da mit zunehmender Drehzahl auch die Bewegung der Slurry-Partikel zunimmt, was zu einem höheren Erosionsverschleiß führt. Die Reihenfolge der spezifischen Erosionsrate in Abhängigkeit von der Drehzahl lautet: Ni-Cr-Beschichtung > Stellit-6-Beschichtung > Colmonoy-88-Beschichtung > WC-10Co-4Cr-Beschichtung. Die Ergebnisse sind in 2A dargestelltThe test is carried out at four different speeds, namely 750, 1000, 1250 and 1500 rpm. The test is carried out at maximum values for time, concentration and particle size. The results of this experiment show that the specific erosion rate increases with increasing speed because as the speed increases, the movement of the slurry particles also increases, resulting in higher erosive wear. The order of specific erosion rate versus RPM is: Ni-Cr coating > Stellite 6 coating > Colmonoy 88 coating > WC-10Co-4Cr coating. The results are in 2A shown

Auswirkungen der Feststoffkonzentration:Effects of Solids Concentration:

Dieses Experiment wird mit vier verschiedenen Konzentrationen von Flugasche durchgeführt, die erodierende Partikel sind, und die Konzentrationen sind 35, 45, 55 und 65%. Der Versuch wird bei maximalen Werten für die Zeitdauer, die Partikelgröße und die Drehgeschwindigkeit durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen, dass die spezifische Erosionsverschleißrate nicht linear mit der Erhöhung der Konzentration der Aufschlämmung zunimmt. Der Einfluss der Suspensionskonzentration ist bei der Ni-Cr-Beschichtung am größten und bei der WC-Beschichtung am geringsten. Die Ergebnisse sind in 2B dargestellt.This experiment is performed with four different concentrations of fly ash, which are erosive particles, and the concentrations are 35, 45, 55, and 65%. The test is carried out at maximum values for the time, particle size and rotation speed. The results of these experiments show that the specific erosive wear rate does not increase linearly with increasing slurry concentration. The influence of the suspension concentration is greatest for the Ni-Cr coating and least for the WC coating. The results are in 2 B shown.

Einfluss der Partikelgrößenverteilung:Influence of particle size distribution:

Dieser Versuch wird mit vier verschiedenen Partikelgrößenbereichen durchgeführt, nämlich 150-250 µm, 106-150 µm, 75-106 µm und < 75 µm. Dieser Versuch wird bei maximalen Werten für die Drehzahl, die Partikelkonzentration und die Zeitdauer durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente haben gezeigt, dass der spezifische Erosionsverschleiß mit zunehmender Partikelgröße der Eodent-Flugasche ansteigt, da die größere Partikelgröße aufgrund der höheren kinetischen Energie große Auswirkungen auf das Substratmaterial hat. Die Reihenfolge des Einflusses der durchschnittlichen Partikelgröße des Eodents auf die spezifische Erosionsverschleißrate lautet: Ni-Cr-Beschichtung > Stellit-6-Beschichtung > Colmonoy-88-Beschichtung > WC-1 0Co-4Cr-Beschichtung. Die Ergebnisse sind in 2C dargestellt.This test is carried out with four different particle size ranges, namely 150-250 µm, 106-150 µm, 75-106 µm and <75 µm. This test is carried out at maximum values for the speed, the particle concentration and the duration. The results of these experiments have shown that the specific erosion wear increases with increasing particle size of the Eodent fly ash, since the larger particle size has large effects on the substrate material due to the higher kinetic energy. The order of the influence of the average particle size of the eodent on the specific erosion wear rate is: Ni-Cr coating > Stellite-6 coating > Colmonoy-88 coating > WC-1 0Co-4Cr coating. The results are in 2C shown.

Auswirkungen der Zeitdauer:Effects of Time Duration:

Dieser Versuch wird bei vier verschiedenen Zeitdauern durchgeführt, nämlich 75, 120, 165 und 210 Minuten. Dieser Versuch wird bei maximalen Werten für Konzentration, Partikelgröße und Drehzahl durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen, dass mit zunehmender Zeitdauer auch die spezifische Erosionsverschleißrate zunimmt. Die Ergebnisse sind in 2D dargestellt.This test is conducted at four different time periods, namely 75, 120, 165 and 210 minutes. This test is carried out at maximum values for concentration, particle size and speed. The results of this experiment show that as time increases, the specific erosive wear rate also increases. The results are in 2D shown.

In einer Ausführungsform wird eine Oberflächenmorphologie der erodierten Oberflächen durchgeführt, um die Erosion der Beschichtungen zu analysieren. Die Beschichtungsproben werden den Flugascheteilchen ausgesetzt, um einen Erosionsverschleißtest in einem Erosionsverschleißprüfgerät durchzuführen. Die REM-Untersuchung des WC-beschichteten Substratmaterials nach dem Erosionsverschleißtest ergab das Vorhandensein von Elementen wie C, Cr, Co, W und Fe mit einem Anteil von 24.63, 2.04, 13.92, 55.02 und 4.39 %. Die REM-Aufnahme der erodierten Oberfläche der WC-Beschichtung zeigte das Vorhandensein von Hohlräumen aufgrund des Auspflügens des 10Co-4Cr-Bindemittels. Es zeigt sich auch, dass die WC-Beschichtung durch wiederholte Einschläge von Flugascheteilchen Risse aufweist. Die REM-Bilder des erodierten Colmonoy-88-Beschichtungs-Substrats zeigten aufgrund der höheren Härte von 776 HV eine stärkere Erosion als bei den Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungen.Die Beschichtung weist sowohl Boride und Karbide als auch Wolfram/Chrom auf, was die Erosionsbeständigkeit der Colmonoy-88-Beschichtung erhöht. Das EDS-Spektrum zeigte das Vorhandensein der Elemente W, Cr, Co, Ni, Al, Si und Fe mit einem Anteil von 4.3, 14.28, 5.06, 8.34, 0.32, 3.53 bzw. 18.9 %. Die REM-Aufnahmen des mit Stellit-6 beschichteten Trägermaterials zeigen, dass nach der Erosion der Zieloberfläche aufgrund einer starken plastischen Verformung Krater und Lippen entstanden sind. Die REM-Untersuchung ergab breite Kunststoffströme mit einer Reihe von Vertiefungen in der Beschichtung. Es gibt keinen Hinweis auf Splat Pull Out. Die EDS-Spektren zeigten das Vorhandensein von Cr, W, Co, Ni, Si und Fe mit einem Anteil von 26.37, 4.20, 37.92, 0.95 und 4.20%. Das SEM-Bild des Ni-Crbeschichteten Substrats zeigte, dass die Ni-Cr-Beschichtung aufgrund ihrer geringeren Härte eine höhere Verschleißrate als andere Beschichtungen aufweist. Die größeren geschädigten Bereiche zeigen sich durch ständiges Herausziehen der Lamellen und in der Mikrostruktur sind einige Oxide und Einschlüsse auf den REM-Bildern zu erkennen. Die Oxide in der Ni-Cr-Beschichtung erhöhen die Porosität und vermindern die Bindung von Splat zu Splat, was zu einer höheren Verschleißrate führt. Die EDS-Spektren von Ni-Cr-beschichtetem Substratmaterial zeigten das Vorhandensein von Ni, Co, Cr, Si und Fe mit einem Prozentsatz von 74.89, 8.23, 5.19, 0.78 und 3.59%.In one embodiment, a surface morphology of the eroded surfaces is performed to analyze the erosion of the coatings. The coating samples are exposed to the fly ash particles to perform an erosive wear test in an erosive wear tester. The SEM examination of the WC-coated substrate material after erosion wear test revealed the presence of elements such as C, Cr, Co, W and Fe with the proportions of 24.63, 2.04, 13.92, 55.02 and 4.39%. The SEM micrograph of the eroded surface of the WC coating showed the presence of voids due to plowing of the 10Co-4Cr binder. It also shows that the WC coating is cracked by repeated impacts of fly ash particles. The SEM images of the eroded Colmonoy-88 coating substrate showed more erosion than the Stellite-6 and Ni-Cr coatings due to the higher hardness of 776 HV. The coating contains borides and carbides as well as tungsten/chromium increases the erosion resistance of the Colmonoy-88 coating. The EDS spectrum showed the presence of the elements W, Cr, Co, Ni, Al, Si and Fe in 4.3%, 14.28%, 5.06%, 8.34%, 0.32%, 3.53% and 18.9%, respectively. The SEM images of the support material coated with Stellite-6 show that craters and lips have formed after the erosion of the target surface due to strong plastic deformation. SEM examination revealed broad streams of plastic with a series of indentations in the coating. There is no indication of splat pull out. The EDS spectra showed the presence of Cr, W, Co, Ni, Si and Fe with the proportions of 26.37, 4.20, 37.92, 0.95 and 4.20%. The SEM image of the Ni-Cr coated substrate showed that the Ni-Cr coating has a higher wear rate than other coatings due to its lower hardness. The larger damaged areas show up as the lamellae continue to be pulled out and the microstructure shows some oxides and inclusions on the SEM images. The oxides in the Ni-Cr coating increase porosity and reduce splat to splat bonding, resulting in a higher wear rate. The EDS spectra of Ni-Cr coated substrate material showed the presence of Ni, Co, Cr, Si and Fe with a percentage of 74.89, 8.23, 5.19, 0.78 and 3.59%.

3A und 3B veranschaulichen die Auswirkung des Aufprallwinkels auf den Erosionsverschleiß bei den maximalen Werten der Drehzahl (1500 U/min), der Feststoffkonzentration (65 %), der Partikelgröße (150-250 µm) und der Zeitdauer (210 min) in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei den Experimenten zum Erosionsverschleiß wird der Ducom TR-41-Topftester verwendet, der jedoch die Einschränkung hat, dass das Werkstück in einer horizontalen Position platziert werden kann, die den Erosionsverschleiß bei einem geringen Aufprallwinkel (0°) anzeigt. Um diese Einschränkung zu überwinden, werden verschiedene Schlagwinkelanordnungen unter Verwendung von Vierkantstangen mit den Abmessungen 1/2×1/2 Zoll (d.h. Länge × Breite) hergestellt. Die Gewinde auf diesen Schlagwinkelanordnungen wurden mit einer konventionellen Drehbank GNM-22 geschnitten. 3A zeigt die verschiedenen Winkelanordnungen des Werkzeugs, wobei die Winkel 0°, 30°, 45°, 60° und 90° betragen. 3A and 3B illustrate the effect of impact angle on erosive wear at maximum values of speed (1500 rpm), solids concentration (65%), particle size (150-250 µm) and time (210 min) in accordance with an embodiment of the present Epiphany. The Erosion Wear experiments use the Ducom TR-41 pot tester, but this has the limitation that the work piece can be placed in a horizontal position that displays Erosion Wear at a low impact angle (0°). To overcome this limitation, various pitch angle assemblies are made using 1/2×1/2 inch (ie, length×width) square bar. The threads on these pitch angle assemblies were cut with a conventional GNM-22 lathe. 3A shows the different angular configurations of the tool, the angles being 0°, 30°, 45°, 60° and 90°.

3B zeigt die Auswirkungen auf den Erosionsverschleiß bei unterschiedlichen Winkeln. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erosionsverschleißrate der WC-gespritzten Beschichtung mit der Zunahme des Aufprallwinkels ansteigt. Die maximale Erosionsverschleißrate wird bei 30° festgestellt, und nach weiterer Erhöhung des Aufprallwinkels nimmt die Erosionsverschleißrate ab und erreicht ihr Minimum bei 90°. Bei der Colmopnu-88-Sprühbeschichtung zeigten die Ergebnisse, dass die Erosionsverschleißrate mit der Zunahme des Aufprallwinkels ansteigt und bei 45° den Höchstwert erreicht; danach führt eine weitere Zunahme des Winkels zu einem Rückgang der Erosionsverschleißrate, die bei 90° den Mindestwert erreicht. Bei Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungen erreicht die Erosionsverschleißrate den Höchstwert bei 60° bzw. 90°.Die Bildung von Kratern und Oxiden ist der Hauptgrund dafür, wobei Oxide die Splatbindung vermindern und die Porosität erhöhen und dies der Hauptgrund für die höhere Erosionsrate der Ni-Cr-Beschichtung ist. 3B shows the effects on erosion wear at different angles. The results show that the erosive wear rate of the WC sprayed coating increases with increasing impact angle. The maximum erosive wear rate is observed at 30° and as the angle of impact is further increased, the erosive wear rate decreases and reaches its minimum at 90°. For the Colmopnu-88 spray coating, the results showed that the erosive wear rate increases with increasing impact angle, peaking at 45°; thereafter, further increasing the angle results in a decrease in the erosive wear rate, which reaches the minimum value at 90°. For Stellite-6 and Ni-Cr coatings, the erosive wear rate peaks at 60° and 90°, respectively. Cratering and oxide formation is the main cause, with oxides reducing splat bonding and increasing porosity, which is the main reason for the higher erosion rate of the Ni-Cr coating.

Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Außerdem müssen die Handlungen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Handlungen durchgeführt werden. Auch können diejenigen Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden.Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.The figures and the preceding description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Also, the acts of a flowchart need not be performed in the order shown; also, not all actions have to be performed. Also, those acts that are not dependent on other acts may be performed in parallel with the other acts. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly mentioned in the description or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. The advantages, benefits, problem solving and components that can lead to an advantage, benefit or a solution occurs or becomes more pronounced are not to be construed as a critical, required or essential feature or component of any or all claims.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Beschichtungen (HVOF)A system to study the erosion behavior of four different high-velocity oxygen (HVOF) coatings
102102
Eine VorbereitungseinheitA prep unit
104104
Trägermaterial (SS410)Carrier material (SS410)
106106
Eine BeschichtungsanlageA coating plant
108108
Handelsüblicher thermischer SpritzbrennerCommercial thermal spray gun
110110
Eine PDS-EinheitA PDS entity
112112
Ein VersuchsgerätAn experimental device
114114
Schlamm-Erosions-Topf-TestgerätMud Erosion Pot Test Equipment
116116
Ein zylindrischer Behälter (Pot)A cylindrical container (pot)
118-118-
Eine rotierende SpindelA rotating spindle
120120
Schraubbackenscrew jaws
122122
Ein Laufradan impeller
202202
Ungespritzter SS410Unsprayed SS410
204204
Ni-CrNi-Cr
206206
Stellit-6Stellite-6
208208
Colmonoy-88Colmonoy-88
210210
WC-10Co-4CrWC-10Co-4Cr

Claims (9)

Ein System zur Untersuchung des Erosionsverhaltens von vier verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Beschichtungen (HVOF), das System umfasst: eine Präparationseinheit zum Präparieren des Substratmaterials und der Probe, wobei das Substratmaterial unter Verwendung von rostfreiem Stahl 410 hergestellt wird und die nominelle chemische Zusammensetzung des verwendeten Materials, das rostfreier Stahl 410 ist, unter Verwendung eines optischen Emissionsspektrometers genau gemessen wird, eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen von WC-10Co-4Cr-, Colmonoy-88-, Stellit-6- und Ni-Cr-Beschichtungspulvern auf das vorbereitete Substratmaterial SS410 unter Verwendung eines handelsüblichen thermischen Spritzbrenners, wobei eine 180-330 µm dicke Beschichtung auf das Substratmaterial aufgebracht wird; eine PSD-Einheit zur Ermittlung der Teilchengrößenverteilung von Erosionsmittelteilchen durch Durchführung einer britischen Siebanalyse, wobei Flugasche als Erosionsmittelmaterial verwendet wird und ihr Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls unter Verwendung eines Mikrowellenofens entfernt wird; und eine Versuchseinheit zum Durchführen von Schlamm-Erosionsverschleißversuchen unter Verwendung eines Schlamm-Erosions-Topf-Testers, wobei der Schlamm-Erosions-TopfTester einen zylindrischen Behälter, der Topf genannt wird, eine rotierende Spindel und eine Schraubbacke enthält und das Fassungsvermögen des Testers nahe bei 2000 ml liegt, was zum Gießen des Schlamms in den Tester verwendet wird.A system to study the erosion behavior of four different high velocity oxygen (HVOF) coatings, the system includes: a preparation unit for preparing the substrate material and the sample, wherein the substrate material is prepared using 410 stainless steel and the nominal chemical composition of the material used, which is 410 stainless steel, is accurately measured using an optical emission spectrometer, a coating unit for applying WC-10Co-4Cr, Colmonoy-88, Stellite-6 and Ni-Cr coating powders onto the prepared SS410 substrate material using a commercial thermal spray gun, depositing a 180-330 µm thick coating onto the substrate material is applied; a PSD unit for determining the particle size distribution of erosive particles by performing a British sieve analysis using fly ash as the erosive material and also removing its moisture content using a microwave oven; and a test unit for conducting mud erosion wear tests using a mud erosion pot tester, the mud erosion pot tester containing a cylindrical container called a pot, a rotating spindle and a screw jaw and the capacity of the tester close to 2000 ml is what is used to pour the slurry into the tester. System nach Anspruch 1, wobei das vorbereitete Substratmaterial eine Abmessung von 50 mm × 25 mm × 5 mm mit einem konzentrischen Loch von Ø 8 mm hat.system after claim 1 , wherein the prepared substrate material has a dimension of 50 mm × 25 mm × 5 mm with a concentric hole of Ø 8 mm. System nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche der Substratproben vor dem Aufbringen der Beschichtungspulver entweder mit Sand oder anderen Schleifpartikeln gestrahlt wird, was zur Verbesserung der Festigkeit zwischen der Oberfläche der Substratprobe und der Beschichtungsschicht beiträgt.system after claim 1 , in which the surface of the substrate samples is blasted with either sand or other abrasive particles prior to the application of the coating powders, which helps to improve the strength between the surface of the substrate sample and the coating layer. System nach Anspruch 1, bei dem die Flugasche eine kugelähnliche Form der Teilchen ohne scharfe Kanten aufweist und die Siebanalyse zur Verteilung der Teilchengröße unter Verwendung britischer Siebe mit unterschiedlichen Maschenzahlen im Bereich von 350 µm bis 53 µm durchgeführt wird.system after claim 1 , where the fly ash has a spherical shape of the particles with no sharp edges and the sieve analysis for particle size distribution is carried out using British sieves with different mesh sizes ranging from 350 µm to 53 µm. System nach Anspruch 1, wobei die Flugascheprobe etwa 7.33 % Partikel unter 53 µm enthält und fast 90.83 % der Partikel im Bereich von 53-250 µm liegen, wobei die Flugascheteilchen sehr fein sind und deshalb die Menge der großen Partikel in der Flugasche sehr gering ist.system after claim 1 , where the fly ash sample contains about 7.33% particles below 53 µm and almost 90.83% of the particles are in the range 53-250 µm, the fly ash particles are very fine and therefore the amount of large particles in the fly ash is very small. System nach Anspruch 1, bei dem ein Flügelrad am Boden der rotierenden Spindel mit Hilfe der Schraubgewinde befestigt ist, was die Bewegung der Gülleteilchen unterstützt und verhindert, dass sich die Gülle während des Versuchs am Boden des Gefäßes absetzt.system after claim 1 , in which an impeller is attached to the bottom of the rotating spindle by means of the screw threads, which helps the movement of the slurry particles and prevents the slurry from settling to the bottom of the vessel during the experiment. System nach Anspruch 6, bei dem die Probekörper mit Hilfe des Laufrads, das sowohl die Probekörper als auch das Laufrad mit derselben Geschwindigkeit rotieren lässt, in verschiedenen Aufprallwinkeln von 0 bis 90° angezogen werden.system after claim 6 , in which the specimens are attracted at different impact angles from 0 to 90° by means of the impeller, which rotates both the specimens and the impeller at the same speed. System nach Anspruch 1, wobei der Verlust des erodierten Materials als der Unterschied zwischen der Masse vor und nach dem Erosionstest betrachtet wird, wobei die Masse des Prüfkörpers zu beiden Zeitpunkten gemessen wird.system after claim 1 , where the loss of eroded material is considered as the difference between the mass before and after the erosion test, measuring the mass of the specimen at both times. System nach Anspruch 1, bei dem das Erosionsverschleiß-Experiment mit der Aufschlämmung in verschiedenen Stufen durchgeführt wird, in denen die Parameter wie Feststoffkonzentration, Drehgeschwindigkeit, Partikelgröße, Aufprallwinkel und Zeitdauer variiert werden, und die Auswirkungen dieser Parameter auf den Erosionsverschleiß untersucht werden.system after claim 1 , in which the erosive wear experiment is carried out with the slurry in different stages in which the parameters such as solid concentration, rotation speed, particle size, impact angle and time duration are varied, and the effects of these parameters on the erosive wear are studied.
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