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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter November 8, 2013

Growth Kinetics of CrC Coating Layers on AISI D3 Obtained by Thermo-Reactive Diffusion Technique

Wachstumskinetiken von mittels thermoreaktiver Diffusion auf AISI D3 aufgebrachten CrC-Schichten
B. Kurt , E. Onder , C. Carboga , B. Demirel and M. Karagoz
From the journal Practical Metallography

Abstract

In this study, the characterization and growth kinetics of chromium carbide layer coated on AISI D3 cold-work tool steel by pack method thermo-reactive diffusion process in solid medium were carried out. Coatings were performed by using ferro-chromium powder as Cr source at 950, 1 000, 1 050 and 1 100 °C for 2 and 4 h. The carbide layers were evaluated based on microstructure, thickness, hardness, energy dispersive X-ray facility and X-ray diffraction analysis. Chromium carbide layer thickness on the coated specimens has been in the 4.2–17 μm range depending on treatment time and temperature. Growth kinetics of the carbide layers were analyzed by measuring the depth of carbide layer as a function of temperature and time. The activation energy was estimated to be 180.13 kJ/mol. The microhardness values of the coating layers are range of 1 200–1 600 HV. Ball rotating micro-abrasion technique was used to carry out wear tests on the thin coating layers.

Kurzfassung

In dieser Untersuchung wird eine auf den Kaltarbeitswerkzeugstahl AISI D3 durch thermoreaktive Diffusion im Packverfahren in festem Medium aufgebrachte Chromcarbidschicht charakterisiert und deren Wachstumskinetiken betrachtet. Beschichtet wurde 2 bzw. 4 h lang bei 950, 1 000, 1 050 und 1 100 °C. Ferrochrompulver diente hierbei als Cr-Spender. Die Carbidschichten wurden anhand ihrer Mikrostruktur, Dicke, Härte, mittels Röntgenbeugungsanalyse und mithilfe eines energiedispersiven Röntgenspektrometers beurteilt. Die Dicke der Chromcarbidschicht auf den beschichteten Proben lag, je nach Behandlungszeit und -temperatur, im Bereich von zwischen 4,2 und 17 μm. Die Wachstumskinetiken der Carbidschichten wurden durch Messen der Tiefe der Carbidschichten in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit untersucht. Die Aktivierungsenergie wurde mit 180,13 kJ/mol bestimmt. Die Mikrohärtewerte der Beschichtungslagen liegen im Bereich 1 200–1 600 HV. An den dünnen Schichten wurden durch Mikroabrasion mittels einer rotierenden Kugel Verschleißprüfungen (Kalottenschliffverfahren) durchgeführt.

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Received: 2013-1-5
Accepted: 2013-8-29
Published Online: 2013-11-08
Published in Print: 2013-11-15

© 2013, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 30.1.2023 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/147.110229/html
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