Une étude comparative sur les caractéristiques du composite (Cr3C2

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10778 (2023) Citer cet article

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Un acier ferrite/martensitique typique résistant à la chaleur (T91) est largement utilisé dans les réchauffeurs, les surchauffeurs et les centrales électriques. Les revêtements composites à base de Cr3C2-NiCr sont connus pour leurs revêtements résistants à l'usure dans les applications à température élevée. Les travaux en cours comparent les études microstructurales de gaines composites à base de 75 % en poids de Cr3C2 et de 25 % en poids de NiCr développées grâce à l'énergie laser et micro-ondes sur un substrat en acier T91. Les clads développés des deux processus ont été caractérisés au moyen d'un microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM) associé à une spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS), à une diffraction des rayons X (DRX) et à une évaluation de la microdureté Vickers. Les gaines à base de Cr3C2-NiCr des deux procédés ont révélé une meilleure liaison métallurgique avec le substrat choisi. La microstructure du revêtement laser développé présente une structure solidifiée dense et distinctive, avec une riche phase Ni occupant des espaces interdendritiques. Dans le cas du revêtement micro-ondes, les particules dures de carbure de chrome se sont dispersées de manière constante dans la matrice de nickel souple. L'étude EDS a mis en évidence que les limites des cellules sont tapissées de chrome là où du Fe et du Ni ont été trouvés à l'intérieur des cellules. L'analyse de phase aux rayons X des deux procédés a mis en évidence la présence commune de phases comme les carbures de chrome (Cr7C3, Cr3C2, Cr23C6), le fer nickel (FeNi3) et le chrome-nickel (Cr3Ni2, CrNi), malgré ces phases carbures de fer (Fe7C3). sont observés dans les gaines micro-ondes développées. Les distributions homogènes de ces carbures dans la structure plaquée développée des deux procédés indiquaient une dureté plus élevée. La microdureté typique du revêtement laser (1 142 ± 65 HV) était environ 22 % supérieure à celle du revêtement micro-ondes (940 ± 42 HV). À l’aide d’un test bille sur plaque, l’étude a analysé le comportement à l’usure d’échantillons recouverts de micro-ondes et de laser. Les échantillons de revêtement laser ont montré une résistance à l’usure supérieure grâce aux éléments en carbure dur. Dans le même temps, les échantillons recouverts de micro-ondes ont subi davantage de dommages de surface et de pertes de matériaux dus aux micro-coupures, au desserrage et aux fractures induites par la fatigue.

Les techniques de modification de surface sont essentielles pour améliorer les performances et la durabilité des composants techniques soumis à une usure et à une corrosion sévères. En raison de leur haute résistance à l’usure et à la corrosion, les revêtements composites, notamment le système Cr3C2-NiCr, ont fait l’objet de beaucoup d’attention. Cependant, la source d'énergie utilisée dans le processus de revêtement a un impact significatif sur les propriétés finales et les performances globales des revêtements1. Les matériaux composites céramique/métal, tels que les cermets, sont reconnus depuis longtemps comme une solution de premier plan pour améliorer la résistance à l'usure et à la corrosion des composants mécaniques dans les applications industrielles. Cependant, les approches conventionnelles telles que la métallurgie des lingots ou des poudres présentent des défis importants dans la production de composites cermet. Alternativement, les technologies d'ingénierie de surface telles que la projection thermique, le revêtement laser et le revêtement par micro-ondes offrent des approches pratiques pour développer des revêtements fonctionnels sur les composants industriels, protégeant efficacement les surfaces cibles contre les problèmes liés à l'usure et à la corrosion2,3. Parmi ces techniques, la pulvérisation d’oxygène à haute vitesse (HVOF) constitue un choix commercialement viable pour créer divers revêtements de cermet. Les revêtements développés grâce au procédé HVOF présentent une force de liaison substantielle avec une porosité minimale. Cependant, l’élimination des pores du revêtement lors du revêtement HVOF est un défi, ce qui conduit à une force de liaison inférieure à celle d’un collage métallurgique4. Ces inconvénients limitent considérablement les applications industrielles du procédé HVOF, car la présence de pores dans les revêtements peut servir de voies de diffusion accélérées pour les environnements corrosifs, posant une menace critique pour la durée de vie du composant5,6.

Le processus de revêtement laser présente une technique alternative pour les applications de revêtement, offrant un contrôle précis de la dilution et de la liaison métallurgique, ce qui facilite le développement de microstructures raffinées. Cette technique présente divers avantages, notamment une faible porosité avec une structure entièrement dense, des dommages minimes au substrat cible au niveau de l'interface et une liaison métallurgique robuste. Le processus de revêtement laser a récemment attiré une attention considérable dans le domaine des revêtements résistants à l'usure à haute température, ce qui en fait un sujet important dans la modification de la surface des matériaux. Par exemple, Jayaprakash et al.7 examinent les caractéristiques des poudres WC-12 % Co et Cr3C2-25 % NiCr alliées au laser sur la fonte nodulaire et leurs résultats en termes de microstructure, de microdureté et de propriétés de résistance à l'usure. La contribution de cet article est de fournir un aperçu de la microstructure et de l'évolution tribologique lors de l'alliage laser de poudres WC-12%Co et Cr3C2-25%NiCr sur des surfaces de fer nodulaire, ce qui peut être bénéfique pour le développement de revêtements résistants à l'usure pour des applications industrielles. Une autre étude a révélé que le revêtement laser du revêtement composite NiCr/Cr3C2-30 % WS2 peut minimiser efficacement les caractéristiques de friction et d'usure à des températures allant jusqu'à 3 000 °C8. La refusion laser de revêtements projetés thermiquement a également été étudiée de manière approfondie pour divers systèmes de matériaux, tels que les alliages auto-fluides à base de Ni, les cermets WC-Co ou Cr3C2-NiCr, en utilisant une irradiation laser in situ. Il a été observé que la profondeur de fusion augmente avec une densité d’énergie laser d’entrée plus élevée5,9.