Plasma Atomized Tungsten Carbide for Wear Resistant Coatings
- Reference number
- ID19-0071
- Project leader
- Akhtar, Farid
- Start and end dates
- 200101-241231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Luleå University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Tungsten carbide is one of the most promising tool materials for mining and metal shaping applications owing to its outstanding mechanical properties in abrasive environments. Spherical cast tungsten carbide (sCTC) powders are used in hard facing of metallic tools. Plasma atomized sCTC exhibits exceptional shape uniformity and hardness, although microstructural heterogeneity remains a major challenge. In this regard, the proposed project aims at understanding the interdependency between the plasma atomization process, the cooling rate of molten tungsten carbide droplets, the phase composition, the mechanical properties and the dissolution behavior of sCTC particles upon coating deposition. The project involves the numerical modeling of the cooling process, at both the droplet and the molten film levels, using real data obtained from the reactor and from the characterization of the resulting material for validation. In particular, microstructural and mechanical characterization of both as-atomized and heat-treated powders will be performed in order to fully understand: I) the causes for extremely high hardness, II) the dissolution behavior of sCTC and III) the effect of thermal treatment conditions. The results of this research are expected to explain the solidification process of plasma atomized sCTC, ultimately allowing for better tailoring of both the microstructure and the mechanical properties of the final powders and improved integrity of wear resistant overlays.
Popular science description
Vid gruv- eller metallformningaktiviteter bearbetas stora mängder hårda material vid förhöjd temperatur. Därför måste verktyg tillverkas av extremt hög hårdhet materialen som kan motstånd hög temperatur utan att försämras. Bland alla tekniska material har karbider i allmänhet enastående mekaniska egenskaper som gör att de kan arbeta i aggressiva förhållanden vid höga temperaturen och under tunga belastningar. Den största nackdelen med dessa material är deras förhöjda pris, vilket gör tillverkningen av stora delar eller skärverktyg omöjligt. För att övervinna dessa problem blandas små hårda karbidpartiklar (vanligtvis volframkarbid) med ett metallpulver (vanligtvis Ni), som avsätts på ytans som skall behandlas och utsättas för svetsning. Som ett resultat smälter metallpulvret och bildar en hård beläggning tack vare de små karbidpartiklarna. Flera processer tillåter produktion av sfäriska wolframkarbid (sCTC) pulver. I det här projektet kommer vi att undersöka hur man förbättrar hårdheten och slagenheten hos mycket fina sCTC-partiklar som erhålls genom plasma-atomisering. Datorbaserade simuleringar ska hjälper oss att förstå hur sCTC-partiklar bildas under plasma-atomiseringsprocessen och hur man styr strukturen och materialets egenskaper. Vi kommer även att undersöka hur blandningarna av sCTC och Ni-pulver reager under svetsning för att erhålla mycket resistenta och hållbara beläggningar.