Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

  • Сквозной номер выпуска: 1165
  • Страницы статьи: 58-72
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Представлен обзор результатов исследований, посвященных лазерной модификации покрытий, получаемых методами высокоскоростного газотермического напыления (ГТН). В обзор включены сведения по лазерной постобработке преимущественно покрытий на основе карбида вольфрама. Приведены сведения об основных типах лазерных установок, используемых для дополнительной термической обработки покрытий. Установлено, что лазерная постобработка оказывает существенное влияние на микроструктуру покрытий, обеспечивает более высокую их плотность, снижает дисперсность и порообразование в 4 – 6 раз, позволяет регулировать распределение и величину остаточных напряжений. Показано, что с помощью лазерной постобработки удается добиться увеличения микротвердости покрытий на 20…50 %, адгезионной прочности покрытия и металлической основы, износостойкости и коррозионной стойкости, снижения коэффициента трения на 20…65 %. Указаны причины, ответственные за наблюдаемые изменения структурных и прочностных характеристик покрытий после лазерной постобработки с переплавом.
Сергей Игоревич Яресько – д-р техн. наук, зав. лабораторией лазерно-индуцированных процессов, Самарский филиал Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (СФ ФИ-АН), Самара, Россия
Илья Александрович Антошин – аспирант, кафедра «Технология машиностроения, станки и инструменты», Факультет машиностроения, металлургии и транспорта, Самарский государственный технический университет (СамГТУ), Самара, Россия
1. Berger L.-M. Application of hardmetals as thermal spray coatings // Int. J Refract. Hard Met. 2015. V. 49. P. 350 – 364. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.09.029
2. Коробов Ю. С., Панов В. И., Разиков Н. М. Анализ свойств газотермических покрытий. Ч. 1: Основные методы и материалы газотермического напыления. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. 80 с.
3. Kumar R., Kumar S. Thermal spray coating: a study // Int. J. Eng. Sci. Research Technol. 2018. V. 7(3). P. 610 – 617. DOI: 10.5281/zenodo.1207005
4. Tuominen J., Vuoristo P., Mantyla T., et al. Improving corrosion properties of high-velocity oxy-fuel sprayed Inconel 625 by using a high-power continuous wave neodymium-doped yattrium aluminum garnet laser // J. Therm. Spray Technol. 2000. V. 9(4). P. 513 – 519. DOI: 10.1007/BF02608555
5. Prashar G., Vasudev H., Thakur L. Influence of heat treatment on surface properties of HVOF deposited WC and Ni-based powder coatings: a review // Surf. Topogr.: Metrol. Prop. 2021. V. 9. Р. 043002. URL: https://doi.org/10.1088/2051-672X/ac3a52
6. Ghadami F., Sabour Rouh Aghdam A. Improvement of high velocity oxy-fuel spray coatings by thermal posttreatments: A critical review // Thin Solid Films. 2019. V. 678(6). P. 42 – 52. DOI: 10.1016/j.tsf.2019.02.019
7. Singh N. K., Vinay G., Singh H., et al. Effect of laser remelting on the microstructural and mechanical properties of high-velocity oxy-fuel (HVOF)-sprayed WC–NiCr coating // J Therm Spray Tech. 2024. V. 33. P. 1484 – 1495. URL: https://doi.org/10.1007/s11666-024-01785-5
8. Panziera R. C., de Oliveira A. C. C., Pereira M., Ratszunei F. Study of the effects of the laser remelting process on the microstructure and properties of the WC–10Co–4Cr coating sprayed by HVOF // J Braz. Soc. Mech. Sci. 2020. V. 42(3). P. 1 – 8. DOI: 10.1007/s40430-020-2201-1
9. Vost??k M., Tesa? J., Houdkov? ?., et al. Diagnostic of laser remelting of HVOF sprayed stellite coatings using an infrared camera // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 318. P. 360 – 364. DOI:10.1016/j.surfcoat.2016.12.118
10. Балдаев Л. Х., Ишмухаметов Д. З., Ершов М. В., Шарыгин В. С. Особенности процесса лазерного оплавления газотермических покрытий // Трубопроводная арматура и оборудование (ТПА). 2014. № 6(75). С. 40 – 42.
11. Gisario A., Puopolo M., Venettacci S., et al. Improvement of thermally sprayed WC–Co/NiCr coatings by surface laser processing // Int. J Refract. Hard Met. 2015. V. 52. P. 123 – 130. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2015.06.001
12. Gisario A., Barletta M., Veniali F. Laser surface modification (LSM) of thermally-sprayed Diamalloy 2002 coating //Opt. Laser Technol. 2012. V. 44, No. 6. P. 1942 – 1958. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2012.02.011
13. Zhang S.-H., Cho T.-Y., Yoon J.-H., et al. Investigation on microstructure, surface properties and anti-wear performance of HVOF sprayed WC–CrC–Ni coatings modified by laser heat treatment // Mater. Sci. Eng. B. 2009. V. 162, No. 2. P. 127 – 134. URL: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2009.03.017
14. Chun H. G., Joo Y. K., Yoon J. H., et al. Wear and corrosion resistances of inconel 718, HVOF coating of WC-metal powder and laser heat-treated coating // Appl. Mech. Mater. 2013. V. 419. P. 381 – 387. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.419.381
15. Chun H. G., Cho T. Y., Yoon J. H., Lee G. H. Improvement of surface properties of Inconel 718 by HVOF coating with WC-metal powder and by laser heat treatment of the coating // Adv. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 2015. P. 1 – 7. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2015/468120
16. Chen H., Xu C., Zhou Q., et al. Micro-scale abrasive wear behaviour of HVOF sprayed and laser-remelted conventional and nanostructured WC–Co coatings // Wear. 2005. V. 258, No. 1 – 4. P. 333 – 338. DOI: 10.1016/j.wear.2004.09.044
17. Zhang S. H., Cho T. Y., Yoon J. H., et al. Characterization of microstructure and surface properties of hybrid coatings of WC–CoCr prepared by laser heat treatment and high velocity oxygen fuel spraying // Materials Characterization. 2008. V. 59(10). P. 1412 – 1418. URL: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2008.01.003
18. Cho T. Y., Yoon J. H., Hur S. K., et al. Surface modification by HVOF coating of micron-sized WC-metal powder and laser-heating of the coating // Materials Science Forum. 2011. V. 686. P. 654 – 660. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.686.654
19. Zhang S. H., Yoon J. H., Li M. X., et al. Influence of CO2 laser heat treatment on surface properties, electrochemical and tribological performance of HVOF sprayed WC–24%Cr3C2–6%Ni coating // Mater. Chem. Phys. 2010. V. 119(3). P. 458 – 464. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2009.09.025
20. Taha-all Z. Y, Hashmi M. S., Yilbas B. S. Laser treatment of HVOF coating: model study and characterization // J. Mech. Sci. Technol. 2007. V. 21(10). P. 1439 – 1444. DOI: 10.1007/BF03177356
21. Garc?a J. R., Fern?ndez J. E., Cuetos J. M., et al. Fatigue effect of WC coatings thermal sprayed by HVOF and laser treated, on medium carbon steel // Eng Fail Anal. 2011. V. 18, No. 7. P. 1750 – 1760. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2011.03.026
22. Chikarakara E., Aqida S., Brabazon D., et al. Surface modification of HVOF thermal sprayed WC–CoCr coatings by laser treatment // Int J Mater Form. 2010. V. 3. P. 801 – 804. URL: https://doi.org/10.1007/s12289-010-0891-0
23. Sivarajan S., Padmanabhan R., Stokes J. T. Effect of power and scan speed on the melt profile and hardness of laser-treated HVOF thermally sprayed nanostructured WC–12Co mixed with Inconel 625 coatings // Advances in Materials and Processing Technologies. 2021. V. 7, No. 1. P. 1 – 10. URL: https://doi.org/10.1080/2374068X.2020.1754742
24. Chikarakara E., Punset M., Picas J. A., et al. Characterisation of laser modified WC–CoCr Coatings // AIP Conf. Proc. 2011. V. 1353, No. 1. P. 1087 – 1092. DOI: 10.1063/1.3589661
25. Dejun K., Tianyuan S. Wear behaviors of HVOF sprayed WC–12Co coatings by laser remelting under lubricated condition // Opt Laser Technol. 2017. V. 89. P. 86 – 91. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2016.09.043
26. Liu Z., Cabrero J., Niang S., et al. Improving corrosion and wear performance of HVOF-sprayed inconel 625 and WC-inconel 625 coatings by high power diode laser treatments // Surf. Coat. Techn. 2007. V. 201, No. 16–17. P. 7149 – 7158. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.01.032
27. Rakhes M., Koroleva E., Liu Z. Improvement of corrosion performance of HVOF MMC coatings by laser surface treatment // Surf. Eng. 2011. No. 27(10). P. 729 – 733. DOI: https://doi.org/10.1179/1743294411Y.00000000
28. Mann B. S., Arya V., Pant B. K. High-power diode laser surface treated HVOF coating to combat high energy particle impact wear // J. Mater. Eng. Perform. 2013. V. 22. P. 1995 – 2004. URL: https://doi.org/10.1007/s11665-013-0475-5
29. De Medeiros Castro R., Curi E., Feltrim Inacio L. F., et al. Laser remelting of WC–CoCr Surface coated by HVOF: effect on the tribological properties and energy efficiency // Surf. Coat. Technol. 2021. No. 427(4). Р. 127841. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127841
30. Kumari S., Khanna A. S., Gasser A. The influence of laser glazing on morphology, composition and microhardness of thermal sprayed Ni–WC coatings // In: Proceedings of the 4th International Surface Engineering Congress and Exhibition, Minnesota, August 2005. 2006. P. 128 – 135.
31. Al Harbi N., Benyounis K. Y., Looney L., Stokes J. Laser surface modification of ceramic coating materials // In book: Encyclopedia of Smart Materials. Publisher: Elsevier, 2018.
32. Яресько С. И., Осколкова Т. Н., Балакиров С. Н. Модификация структуры и свойств вольфрамокобальтовых твердых сплавов: монография. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. 400 с. ISBN 978-5-9729-1406-7
33. Гольдшмидт Х. Дж. Сплавы внедрения. В 2-х т., Т. 1. М.: Мир, 1971. 424 с.
34. Qiao Y., Fischer T. E., Dent A. The effects of fuel chemistry and feedstock powder structure on the mechanical and tribological properties of HVOF thermal-sprayed WC–Co coatings with very fine structures // Surf. Coat. Technol. 2003. V. 172(1). P. 24 – 41. URL: https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00242-1
35. Taha-Al Z. Y., Hashmi M. S., Yilbas B. S. Effect of WC on the residual stress in the laser treated HVOF coating // J Mater Process Technol. 2009. V. 209, No. 7. P. 3172 – 3181. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.07.027
36. Яресько С. И., Антошин И. А. Лазерная непрерывная обработка газотермических покрытий WC–10Co–4Cr // Pulsed Lasers and Laser Applications. Materials of the 16th International Conference AMPL-2023, 10-15 sept. 2023, Tomsk. Tomsk: STT Publishing House, 2023. C. 56 – 61.
37. Mateos J., Cuetos J. M., Fernandez E., Vijande R. Tribological properties of plasma sprayed and laser re-melted 75/25 Cr3C2/NiCr coatings // Tribol. Int. 2001. V. 34. P. 345 – 351. DOI: 10.1016/S0301-679X(01)00023-8
38. Ishikawa Y., Kuroda S., Kawakita J., et al. Sliding wear properties of HVOF sprayed WC–20%Cr3C2–7%Ni cermet coatings // Surf. Coat. Technol. 2007. V. 201(8). P. 4718 – 4727. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.10.007
39. Sousa J. M. S., Ratusznei F., Pereira M., et al. Abrasion resistance of Ni–Cr–B–Si coating deposited by laser cladding process // Tribol. Int. 2020. V. 143. Р. 106002. URL: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.106002
40. Kasterov A., Shugurov A., Kazachenok M., et al. The effect of laser treatment of WC–Co coatings on their failure under thermal cycling // AIP Conf. Proc. 2016. V. 1783. Р. 020083. URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4966376
41. Yilbas B., Toor I., Patel F. Effects of laser re-melting on the corrosion properties of HVOF coatings // J. Mater. Eng. Perform. 2013. V. 22(5). P. 1505 – 1511. DOI: 10.1007/s11665-012-0428-4
42. Rakhes M., Koroleva E., Liu Z. Improvement of corrosion performance of HVOF MMC coatings by laser surface treatment / eds. S. Hinduja, L. Li. Proceedings of the 36th International MATADOR conference. Springer, London. 2010. P. 531 – 534.URL: https://doi.org/10.1007/978-1-84996-432-6_117.
43. Fedrizzi L., Rossi S., Cristel R., Bonora P. L. Corrosion and wear behaviour of HVOF cermet coatings used to replace hard chromium // Electrochim. Acta. 2004. No. 49(17). P. 2803 – 2814. DOI: 10.1016/j.electacta.2004.01.043
44. Guilemany J. M., Espallargas N., Suegama P. H., Benedetti A. V. Comparative study of Cr3C2–NiCr coatings obtained by HVOF and hard chromium coatings // Corros. Sci. 2006. No. 48(10). P. 2998 – 3013. DOI: 10.1016/j.corsci.2005.10.016
45. Bolelli G., Giovanardi R., Lusvarghi L., Manfredini T. Corrosion resistance of HVOF-sprayed coatings for hard chrome replacement // Corros. Sci. 2006. No. 48(11). Р. 3375 – 3397. DOI: 10.1016/j.corsci.2006.03.001
46. Arif A. F. M., Yilbas B. S. Laser treatment of HVOF coating: modeling and measurement of residual stress in coating // J. Mater. Eng. Perform. 2008. No. 17(5). Р. 644 – 650. URL: https://doi.org/10.1007/s11665-008-9204-x
47. Yilbas B. S., Akhtar S. S. Laser re-melting of HVOF coating with WC blend: Thermal stress analysis // J. Mater Process Technol. 2012. V. 212. P. 2569 – 2577. URL: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.07.012
48. Zhang C. Y., Der Jean M. Crack evolution and computational model based thermal stress evaluation of laser cladding based on HVOF sprayed WC/Co deposits // Mater. Sci. 2023. V. 29(1). P. 85 – 96. URL: https://doi.org/10.5755/j02.ms.30876
49. Буркин С. П., Шимов Г. В., Андрюкова Е. А. Остаточные напряжения в металлопродукции. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 248 с.
50. Yilbas B. S., Arif A. F. M. Residual stress analysis for HVOF diamalloy 1005 on Ti–6Al–4V alloy // Surf. Coat. Technol. 2007. No. 202(3). P. 559 – 568. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2007.06.049
51. Stokes J., Looney L. Residual stress in HVOF thermally sprayed thick deposit // Surf. Coat. Technol. 2004. V. 177 – 178(4). P. 18 – 23. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2003.06.003
52. Ghafouri-Azar R., Mostaghimi J., Chandra S. Modeling development of residual stresses in thermal spray coatings // Comput. Mater. Sci. 2006. No. 35(1). P. 13 – 26. DOI: 10.1016/j.commatsci.2005.02.007

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

700

DOI: 10.14489/glc.2025.01.pp.058-072
Тип статьи: Обзорная статья
Оформить заявку

Ключевые слова

Для цитирования статьи

Яресько С. И., Антошин И. А. Лазерная модификация газотермических покрытий, получаемых методами высокоскоростного напыления (обзор) // Стекло и керамика. 2025. Т. 98, № 1. С. 58 – 72. DOI: 10.14489/glc.2025.01.pp.058-072