СТРУКТУРНЫЕ, ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ CR₃C₂–NICR, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ HVOF

Данное исследование направлено на повышение срока службы котельных труб из стали 12Х1МФ, применяемых на тепловых электростанциях. Покрытия Cr₃C₂–NiCr были получены методом высокоскоростного кислородно-топливного напыления (HVOF), после чего изучены их структурно-фазовые, механические, трибологические и коррозионные свойства. Установлено, что предварительный нагрев образцов при различных температурах (без нагрева, 100°C и 200°C) оказывает существенное влияние на морфологию, пористость и механические характеристики покрытий. Результаты СЭМ-анализа показали низкую пористость покрытий, тогда как данные рентгеноструктурного анализа подтвердили стабильность фазы Cr₃C₂ и способность матрицы NiCr эффективно удерживать карбидные частицы. Это препятствует разрушению покрытия и обеспечивает фазовую стабильность при повышенных температурах. Наилучшие результаты были получены для покрытий, сформированных при температуре предварительного нагрева 100°C: твердость увеличилась до 897,8 HV, снизилась шероховатость поверхности, стабилизировался коэффициент трения, а диаметр износового следа достиг минимального значения (712 мкм). Кроме того, отмечено снижение скорости коррозии. В целом полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности покрытий Cr₃C₂–NiCr в качестве защитного слоя с повышенной прочностью, износо- и коррозионной стойкостью, что делает их перспективными для применения в высокотемпературных агрессивных средах.

1. Erosive wear caused by large solid particles carried by a flowing liquid: A comprehensive review / C. Kang et al // Processes. – 2024. – № 12(6). – Р. 1150.

2. Ibrahim A.O. Boiler Water Chemistry: A Critical Mechanism for Boiler Tube Failure / A.O. Ibrahim, O.O. Ighodaro, M.A. Waheed // Journal of Energy Technology and Environment. – 2025. – № 7(1). – Р. 128-133.

3. Slagging characteristics of a steam boiler furnace with flare combustion of solid fuel when switching to composite slurry fuel / D. Glushkov et al // Applied Sciences. – 2022. – № 13(1). – Р. 434.

4. Li B. CFD investigation of slagging on a super-heater tube in a kraft recovery boiler / B. Li, A. Brink, M. Hupa //Fuel processing technology. – 2013. – № 105. – Р. 149-153.

5. Sidhu T.S. State of the art of HVOF coating investigations – A review / T.S. Sidhu, S. Prakash, R.D. Agrawal // Marine Technology Society Journal. – 2005. – № 39(2). – Р. 53-64.

6. Poirier D. Engineering HVOF-sprayed Cr3C2-NiCr coatings: the effect of particle morphology and spraying parameters on the microstructure, properties, and high temperature wear performance / D. Poirier, J.G. Legoux, R.S. Lima // Journal of thermal spray technology. – 2013. – № 22(2). – Р. 280- 289.

7. Mechanical properties optimization of Cr3C2-NiCr coatings produced by compact plasma spray process / F. Rubino et al // Surface and Coatings Technologу, 2023. – № 465. – Р. 129570.

8. Review of Physical and Mechanical Properties, Morphology, and Phase Structure in Cr3C2-NiCr Composite Coatings Sprayed by HVOF Method / B. Seitov et al // Coatings. – 2025. – № 15(4). – Р. 479.

9. GOST 20072-74. Stal' teploustojchivaya. Tehnicheskie usloviya. – Vved. 01.01.1976. – M.: Izdvo standartov, 1976. – 12 s. (In Russian).

10. The bonding formation during thermal spraying of ceramic coatings: a review / C.J. Li et al // Journal of Thermal Spray Technology. – 2022. – № 31(4). – Р. 780-817.

11. Study of compressed air pressure on the properties of coatings obtained by supersonic metallization / B. Rakhadilov et al // Journal of Theoretical and Applied Physics. – 2024. – № 18(6).

12. An influence of oxygen flow rate and spray distance on the porosity of HVOF coating and its effects on corrosion – a review / A. Raza et al // Materials. – 2022. – № 15(18). – Р. 6329.

13. Ogunmola O. Microstructure, Mechanical, and Tribological Evaluation of Carbide-Based Wear-Resistant Coatings for Aerospace Applications (Doctoral dissertation, Concordia University). – 2024.

14. Influence of Vacuum Heat Treatment on the Residual Stress of Thermal Spray Cermet Coatings / R. Ahmed et al // In World Congress on Engineering. – 2007. – Р. 1181-1186.

15. Ksiazek M. Microstructure, Tribological, and Corrosion Behaviour of HVOF-Sprayed (Cr₃C₂- NiCr+ Ni) Coatings on Ductile Cast Iron / M. Ksiazek, L. Boron. – 2025.

16. Influence of thickness and surface roughness on impact wear and impact lifetime of HVOFsprayed coatings / J. Daniel et al // Surface and Coatings Technology. – 2024. – № 488. – Р. 131058.

17. The influence of heat treatment on tribological and mechanical properties of HVOF sprayed CrC– NiCr coatings / J.A. Picas et al // Microstructure and selected properties of Cr3C2–NiCr coatings obtained by HVOF on magnesium alloy substrates. Materials. – 2020. – № 13(12). – Р. 2775.

18. Thermal stability of nanostructured Cr3C2-NiCr coatings / J. He et al // Journal of thermal spray technology. – 2001. – № 10(2). – Р. 293-300.

19. Effect of stoichiometry conditions on the erosion and sliding wear behaviors of Cr3C2-NiCr coatings deposited by a novel ethanol-fueled HVOF process / S. Liu et al // Surface and Coatings Technology. – 2023. – № 454. – Р. 129084.

20. Impact wear performances of Cr3C2 NiCr coatings by plasma and HVOF spraying / X.M. Li et al // Wear. – 1997. – № 202(2). – Р. 208-214.

21. Effect of Structure Density of Milled Powder on Hot Corrosion and Erosion Resistance of HVOFSprayed Cr3C2-NiCr Coating / S. Ramandhany et al // Journal of Thermal Spray Technology. – 2024. – № 33(4). – Р. 1075-1099.

22. Influences of sand concentration and flow velocity on hydro-abrasive erosion behaviors of HVOF sprayed Cr3C2–NiCr and WC–Cr3C2–Ni coatings / S. Hong et al // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – № 21. – Р. 1507-1518.

23. Jia L. Design and analysis of a low-temperature oxygen-fuel spray system / L. Jiа. – 2007.

24. Jackson K.A. Kinetics of solidification / K.A. Jackson, B. Chalmers //Canadian Journal of Physics. – 1956. – № 34(5). – Р. 473-490.

25. The effect of HVOF spray distance on solid particle erosion resistance of WC-based cermets bonded by Co, Co-Cr and Ni deposited on mg-alloy substrate / E. Jonda et al // Advances in Science and Technology. Research Journal. – 2024. – № 18(2).

26. Identifying the optimal HVOF spray parameters to attain minimum porosity and maximum hardness in iron based amorphous metallic coatings / S. Vignesh et al // Defence technology. – 2017. – № 13(2). – Р. 101-110.