Published March 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Advanced characterization of bulk alloy and in-situ debris nanoparticles formed during wear of Fe–Nb–B ultrafine eutectic laser cladding coatings

Creators

  • 1. Universidade Federal de São Carlos
  • 2. Instituto de Aeronáutica e Espaço

Description

The microstructure of Fe76·5Nb8·5B15 (at.%) ultrafine eutectic (UE) coatings were processed by laser cladding, then the bulk alloy coating and wear debris were evaluated by advanced electron microscopy techniques in order to understand the ultrafine matrix and nanoscale intermetallic sub-micron and nanoscale phases formed, as a result of rapid solidification. In addition, according to the laser cladding processing parameters used, the coatings presented nanoscale borides that increased mechanical properties, with the coating michohardness values reached being four times higher than those of the AISI mild steel substrate. Combined with the sliding speeds, it played an important role in the definition of different wear mechanisms. The wear performance of the coatings and substrate was evaluated by three-body wear tests using a pin-on-disc device. It can be seen at lowest sliding speed a plastic deformation and for higher slidding speed, an accumulation of debris on the laser clad coating surface. Different wear mechanisms were observed in the coatings samples: abrasive, adhesive, shearing and delamination. The presence of oxide particles, responsible for the formation of a tribofilm, was also observed for some coatings. Debris nanoparticles from 10 to 100 nm, resulting from fracture or breakage of the coatings during wear tests, were also be identified as Fe-based and oxide nanoparticles. Thus, the Fe–Nb–B ultrafine eutectics laser clad coatings showed wear resistance properties comparable to or even superior to commercial alloys and other materials processed by rapid solidification.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمت معالجة البنية المجهرية لطلاءات الانصهار متناهية الصغر Fe76 · 5Nb8 · 5B15 (عند.٪) بواسطة الكسوة بالليزر، ثم تم تقييم طلاء السبائك السائبة وحطام التآكل بواسطة تقنيات الفحص المجهري الإلكتروني المتقدمة من أجل فهم المصفوفة متناهية الصغر والمراحل النانوية بين المعادن تحت الميكرون والمقياس النانوي التي تشكلت، نتيجة للتصلب السريع. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لمعلمات معالجة الكسوة بالليزر المستخدمة، قدمت الطلاءات بوريدات نانوية زادت من الخواص الميكانيكية، حيث وصلت قيم ميكوهاردنيس الطلاء إلى أربعة أضعاف قيم الركيزة الفولاذية الطري إيسي. جنبا إلى جنب مع سرعات الانزلاق، لعبت دورا هاما في تعريف آليات التآكل المختلفة. تم تقييم أداء تآكل الطلاءات والركيزة من خلال اختبارات تآكل ثلاثة أجسام باستخدام جهاز مسمار على قرص. يمكن رؤيته بأدنى سرعة انزلاق وتشوه بلاستيكي ولسرعة انزلاق أعلى، تراكم الحطام على سطح الطلاء المكسو بالليزر. لوحظت آليات تآكل مختلفة في عينات الطلاء: كاشط، لاصق، قص وفصل. كما لوحظ وجود جزيئات أكسيد، مسؤولة عن تكوين غشاء ثلاثي، لبعض الطلاءات. كما تم تحديد الجسيمات النانوية للحطام من 10 إلى 100 نانومتر، الناتجة عن كسر أو كسر الطلاءات أثناء اختبارات التآكل، على أنها جسيمات نانوية أساسها الحديد والأكسيد. وهكذا، أظهرت الطلاءات المكسوة بالليزر المتناهية الصغر Fe - NB - B خصائص مقاومة التآكل مماثلة أو حتى متفوقة على السبائك التجارية والمواد الأخرى التي تتم معالجتها عن طريق التصلب السريع.

Translated Description (French)

La microstructure des revêtements eutectiques ultrafins (UE) Fe76 · 5Nb8 ·5B15 (at.%) a été traitée par placage laser, puis le revêtement d'alliage en vrac et les débris d'usure ont été évalués par des techniques avancées de microscopie électronique afin de comprendre la matrice ultrafine et les phases intermétalliques submicroniques et nanométriques formées à l'échelle nanométrique, à la suite d'une solidification rapide. En outre, selon les paramètres de traitement du placage laser utilisés, les revêtements présentaient des borures à l'échelle nanométrique qui augmentaient les propriétés mécaniques, les valeurs de michohardité du revêtement atteintes étant quatre fois plus élevées que celles du substrat en acier doux AISI. Combiné aux vitesses de glissement, il a joué un rôle important dans la définition des différents mécanismes d'usure. Les performances d'usure des revêtements et du substrat ont été évaluées par des tests d'usure à trois corps à l'aide d'un dispositif à broches sur disque. On peut voir à la vitesse de glissement la plus faible une déformation plastique et pour une vitesse de glissement plus élevée, une accumulation de débris sur la surface de revêtement plaquée laser. Différents mécanismes d'usure ont été observés dans les échantillons de revêtements : abrasif, adhésif, cisaillement et délaminage. La présence de particules d'oxydes, responsables de la formation d'un tribofilm, a également été observée pour certains revêtements. Les nanoparticules de débris de 10 à 100 nm, résultant de la fracture ou de la rupture des revêtements lors des tests d'usure, ont également été identifiées comme des nanoparticules à base de Fe et d'oxyde. Ainsi, les revêtements de revêtement laser eutectiques ultrafins Fe-Nb-B ont montré des propriétés de résistance à l'usure comparables ou même supérieures aux alliages commerciaux et autres matériaux traités par solidification rapide.

Translated Description (Spanish)

La microestructura de los recubrimientos eutécticos ultrafinos (UE) Fe76 · 5Nb8 · 5B15 (at.%) se procesó mediante revestimiento con láser, luego el recubrimiento de aleación a granel y los desechos de desgaste se evaluaron mediante técnicas avanzadas de microscopía electrónica para comprender la matriz ultrafina y las fases submicrométricas y nanométricas intermetálicas a nanoescala formadas, como resultado de la rápida solidificación. Además, de acuerdo con los parámetros de procesamiento de revestimiento láser utilizados, los recubrimientos presentaron boruros a nanoescala que aumentaron las propiedades mecánicas, siendo los valores de mico-dureza del recubrimiento alcanzados cuatro veces mayores que los del sustrato de acero dulce AISI. Combinado con las velocidades de deslizamiento, jugó un papel importante en la definición de diferentes mecanismos de desgaste. El rendimiento de desgaste de los recubrimientos y el sustrato se evaluó mediante pruebas de desgaste de tres cuerpos utilizando un dispositivo de pasador sobre disco. Se puede ver a la velocidad de deslizamiento más baja una deformación plástica y, para una mayor velocidad de deslizamiento, una acumulación de residuos en la superficie del recubrimiento revestido con láser. Se observaron diferentes mecanismos de desgaste en las muestras de recubrimientos: abrasivo, adhesivo, cizallamiento y delaminación. También se observó la presencia de partículas de óxido, responsables de la formación de una tribofilm, para algunos recubrimientos. Las nanopartículas de desechos de 10 a 100 nm, resultantes de la fractura o rotura de los recubrimientos durante las pruebas de desgaste, también se identificaron como nanopartículas a base de Fe y óxido. Por lo tanto, los recubrimientos revestidos con láser eutéctico ultrafino de Fe-Nb-B mostraron propiedades de resistencia al desgaste comparables o incluso superiores a las aleaciones comerciales y otros materiales procesados por solidificación rápida.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوصيف المتقدم للسبائك السائبة والجسيمات النانوية للحطام في الموقع التي تشكلت أثناء ارتداء طلاء الكسوة بالليزر الانصهاري المتناهي الصغر Fe - Nb - B
Translated title (French)
Caractérisation avancée des nanoparticules d'alliage en vrac et de débris in situ formées lors de l'usure des revêtements de revêtement laser eutectique ultrafin Fe-Nb-B
Translated title (Spanish)
Caracterización avanzada de la aleación a granel y las nanopartículas de desechos in situ formadas durante el desgaste de los recubrimientos de revestimiento láser eutéctico ultrafino de Fe-Nb-B

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4319461270
DOI
10.1016/j.jmrt.2023.01.225

Is supplement to
https://openalex.org/W4256200927 (Other)
https://openalex.org/W3217373751 (Other)
https://openalex.org/W2792379173 (Other)
https://openalex.org/W2765874147 (Other)
https://openalex.org/W2380092259 (Other)
https://openalex.org/W209867431 (Other)
https://openalex.org/W2076898426 (Other)
https://openalex.org/W2070118610 (Other)
https://openalex.org/W2036820308 (Other)
https://openalex.org/W1973948523 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1552854930
  • https://openalex.org/W1971087440
  • https://openalex.org/W1978685701
  • https://openalex.org/W1991428684
  • https://openalex.org/W2002012233
  • https://openalex.org/W2003098118
  • https://openalex.org/W2032457300
  • https://openalex.org/W2033991840
  • https://openalex.org/W2054292867
  • https://openalex.org/W2056099731
  • https://openalex.org/W2066163977
  • https://openalex.org/W2075399189
  • https://openalex.org/W2082384583
  • https://openalex.org/W2087630030
  • https://openalex.org/W2088444478
  • https://openalex.org/W2091384229
  • https://openalex.org/W2094083078
  • https://openalex.org/W2534641029
  • https://openalex.org/W2579843287
  • https://openalex.org/W2606373674
  • https://openalex.org/W2749936908
  • https://openalex.org/W2762777332
  • https://openalex.org/W2770647306
  • https://openalex.org/W2790201725
  • https://openalex.org/W2899071416
  • https://openalex.org/W2913894982
  • https://openalex.org/W2932522957
  • https://openalex.org/W2940945969
  • https://openalex.org/W2971093969
  • https://openalex.org/W2987037466
  • https://openalex.org/W2995876775
  • https://openalex.org/W3135370774
  • https://openalex.org/W3184728764
  • https://openalex.org/W3200291761
  • https://openalex.org/W4205412847
  • https://openalex.org/W650100547