Welding based coating deposition techniques allow high rates of material deposition and form a permanent metallurgical bond between the coating and the substrate material. Welding based methods can also provide an economic alternative over other industrial coating deposition processes where high initial capital investment and running costs can be restrictive. As with all technological sectors, the need for new and improved machinery and processes to meet industrial needs provides a drive for continued research. The controlled short-circuit MIG (CSC-MIG) welding system is a newly developed welding apparatus built to overcome several shortcomings associated with traditional MIG welding. It allows for greater control of many welding parameters and has reduced heat input during deposition when compared with conventional MIG welding systems. This project was conducted to understand the CSC-MIG welding system as a process and as a hardfacing deposition technique through examination of the microstructural features and transformations of Ni/WC coatings. Several coatings deposited with a Ni/WC electrode wire, with heat input ranging between 10 J/mm and 110 J/mm, were examined. It was found that the detrimental decarburization reactions acting on the WC particles, as seen in thermal spray systems, do not occur when welding with the CSC-MIG. Although the energy input during welding with the CSC-MIG system is significantly lower than for traditional MIG, dissolution of the reinforcing phase is an issue to be contended with and must be minimized through proper selection of welding parameters. Precipitation of a reaction layer around the WC/W2C reinforcing phase was identified as WC; the average thickness of which increased from 3.8 um to 7.2 um for the low and high heat input condition, respectively. Precipitation of newly formed WC particles was also observed; their size distribution increased from D50 = 2.4 um in the low heat input weldment to D50 = 6.75 um in the high heat input weldment. The hardness of the deposited coatings decreased from 587 HV10 to 410 HV10 when the energy input was increased from 10.1 J/mm to 108.7 J/mm. Using a pre-placed powder method, as in submerged arc welding, several coatings were embedded with either conventional, ultrafine or nanostructured WC powder. In the analysis of these tests, it was found that the method of embedding the WC particles into the coating had an effect on the overall dissolution of the reinforcing phase. Although the loss of the nanostructure was observed in coatings embedded with the nanostructured WC feedstock, the precipitation of ultrafine WC single crystals is likely to increase the wear resistance compared with conventional sized WC additions. / Les techniques de revêtement à base de soudage permettent de hauts niveaux de déposition et forment une liaison permanente entre revêtement et le substrat. Les techniques basées sur le soudage peuvent aussi fournir une alternative économique aux autres méthodes de revêtements industriels où les coûts sont souvent plus élevés. Comme dans tous les secteurs technologiques, le besoin pour des solutions industrielles nouvelles et améliorées contribue au dynamisme pour la recherche continuelle. Le système de soudage par MIG aux courts-circuits contrôlés (CSC-MIG) est une machine récemment développé pour surmonter quelques points faibles du soudage MIG classique. Celui-ci permet un meilleur contrôle des paramètres de soudage et un débit de chaleur moins élevé en comparaison avec les systèmes de soudage MIG traditionnels. Ce projet a été réalisé afin de comprendre le système CSC-MIG en terme de processus et de technique de déposition de revêtement en examinant les caractéristiques et transformations des couches déposées avec un fil-électrode à base Ni/WC. Plusieurs couches avec des apports énergétiques entre 10 J/mm et 110 J/mm furent examinées. Il a été démontré que la décarburation des particules de WC, qui caractérisent les revêtements obtenus par projection thermique, n'affecte pas les couches produites avec le CSC-MIG. Bien que les apports énergétiques avec le CSC-MIG soient réduits en comparaison avec le MIG traditionnel, la dissolution des particules de WC est un phénomène auquel on doit faire face tout en minimisant sa gravité en optant pour une sélection de paramètres de soudage appropriée. La précipitation d'une couche réactive a l'entour de la phase renforcent WC/W2C a été identifiée comme étant du WC; l'épaisseur de cette phase a crût de 3.8 um à 7.2 um pour les conditions de soudage à basse et haute intensité respectivement. La précipitation de nouvelles particules de WC a également été observée; leur distribution de taille a augmenté de D50 = 2.4 um pour la condition de soudage à basse intensité à D50 = 6.75 um pour la condition de soudage à haute intensité. La dureté des revêtements a diminué de 587 HV10 à 410 HV10 lorsque l'apport énergétique a été accrue de 10.1 J/mm à 108.7 J/mm. En utilisant une méthode de poudre pré-placé comme pour le soudage sous flux, il a été découvert que la méthode d'incorporage des particules de WC dans le revêtement a eu un effet sur la dissolution de la phase de renforcement. Malgré que la nanostructure des revêtements faites avec la méthode de poudre pré-placée et ayant des particules nanostructurées ait été perdue, la précipitation de particules ultra-fines de monocrystal risque tout de même d'augmenter le niveau de résistance à l'usure en comparaison avec des revêtements provenant de particules conventionnelles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103471 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Vespa, Patrick |
| Contributors | Mathieu Brochu (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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