Coatings of nanocrystalline metallic wires on steel substrate: mechanical characteristics of coating layer

Abstract

Coatings are produced by wire arc spraying on a steel surface and the effect of coating thickness on the coating characteristics in terms of microhardness, residual stress and friction coefficient are examined. The wire used during coating is composed of FeCrBMnSi, which comprises nanocrystalline and amorphous phases. The twin wire arc spray system was incorporated to generate different coating thicknesses on steel substrate. The analytical tools including three-dimensional imaging optical and scanning electron microscopes, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) are used to assess the coating characteristics. It is found that the surface texture and surface roughness of the coatings change with coating thickness. Thus, reducing the coating thickness results in slightly increased texture height and surface roughness. Microhardness is almost 15% higher for the thin coating (300 μm) than the thick coating (550 μm). The residual stress developed in the coatings is tensile and it changes with coating thickness, such that it reduces for thick coating.

Revêtements obtenus par un arc en fil de pulvérisation sur une surface d'acier sont réalisées et l'effet de l'épaisseur du revêtement sur les caractéristiques de revêtement en termes de microdureté, le stress résiduel, et le coefficient de frottement sont examinés. Le fil utilisé lors COMPOSES de revêtement de FeCrBMnSi, qui est composé de nanocristallin et des phases amorphes. Le système de pulvérisation à l'arc à double fil a été incorporé pour produire différentes épaisseurs de revêtement sur un substrat en acier. Les outils d'analyse, y compris les microscopes d'imagerie en 3 dimensions optique et électronique à balayage, la spectroscopie à dispersion d'énergie, et la diffraction des rayons X sont utilisés pour évaluer les caractéristiques de revêtement. On a constaté que la texture de surface et la rugosité de surface des revêtements changent avec l'épaisseur du revêtement. Ainsi, en réduisant les résultats de l'épaisseur du revêtement en légère augmentation de la taille de texture et de la rugosité de surface. Microdureté est presque 15% plus élevé pour la couche mince (300 μm) que le revêtement épais (550 μm). La contrainte résiduelle développée dans les revêtements est à la traction et elle change avec l'épaisseur du revêtement, de telle sorte qu'il réduit pour le revêtement d'épaisseur.

Keywords:

• Wire arc spraying
• Coating thickness
• Residual stress
• Surface texture
• Friction coefficient

Acknowledgements

The authors acknowledge the support of Deanship of Scientific Research at King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia for the support of funded project number SB131007.