Russian MetallurgyRussian MetallurgyМеталлы0869-57333034-5391The Russian Academy of Sciences69762610.31857/S0869573325056169ArticlesСтатьиResearch ArticleInconel 625/(WC, W2C) COMPOSITE COATINGS SYNTHESIZED BY LASER CLADDINGКОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ Inconel 625/(WC, W2C), СФОРМИРОВАННЫЕ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИBazaleevaK. OБазалееваК. Оbazaleeva_ko@pfur.ruPonkratovaYu. YuПонкратоваЮ. Юemail@example.comSafarovaD. EСафароваД. Эemail@example.comShipshevR. BШипшевР. Бemail@example.comAlekseevA. VАлексеевА. Вemail@example.comSavelievM. DСавельевМ. Дemail@example.comIshmukhametovD. ZИшмухаметовД. Зemail@example.comPeoples' Friendship University of Russia named after Patrice LumumbaРоссийский университет дружбы народов имени Патриса ЛумумбыNational Research Nuclear University "MEPhI"Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»150920255NO5 (2025)№5 (2025)616904122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://snv63.ru/0869-5733/article/view/697626

A study of the phase structure state of Inconel 625/WC composite coatings synthesized by laser cladding has been carried out. During the synthesis of experimental coatings, the content of the hardening phase was varied in the range of 10 to 50 vol.%. X-ray diffraction shows that the phase composition of the coatings is represented by nickel solid solution and carbide phases WC, W2C, η1(Ni3Mo3C) and MoNbC2. By means of scanning electron microscopy and microspectral X-ray analysis in the structure of coatings were revealed spherical particles of initial tungsten carbide, around them "halo" enriched with W, C, as well as carbide-forming elements of matrix Mo, Nb and Cr, dendrites of nickel matrix and interdendritic space partly with eutectic structure, partly with excessive separations, enriched with Mo, Nb, Cr and W. It is found that the lattice parameter of the nickel solid solution depends non-monotonically on the carbide content in the coating: its maximum value is observed at 30% of tungsten carbide. It is shown that the main mechanism of hardening of the coating matrix is dispersive due to the release of η1(Ni3Mo3C) phase.

Проведено исследование фазово-структурного состояния композиционных покрытий Inconel 625/(WC, W2C), синтезированных методом лазерной наплавки. При синтезе экспериментальных покрытий варьировали содержание упрочняющей фазы в интервале от 10 до 50 об. %. Рентгеновским методом показано, что фазовый состав покрытий представлен никелевым твердым раствором и карбидными фазами WC, W2C, η1(Ni3Mo3C) и MoNbC2. С помощью растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа в структуре покрытий выявлены сферические частицы исходного карбида вольфрама с зоной вокруг них («ореолом»), обогащенной вольфрамом, углеродом, а также карбидообразующими элементами матрицы (Mo, Nb и Cr), дендриты никелевой матрицы и обогащенное Mo, Nb, Cr и W междендритное пространство частично с эвтектической структурой, а частично с избыточными выделениями. Установлено, что параметр кристаллической решетки никелевого твердого раствора немонотонно зависит от содержания карбида в покрытии: максимальное его значение наблюдается при 30 об. % карбида вольфрама. Показано, что основным механизмом упрочнения матрицы покрытия является дисперсионный за счет выделения фазы η1(Ni3Mo3C).

refractory ceramicsrail steelaluminum oxidewetting anglesurface tensionroughnessadhesion workкомпозиционные металломатричные покрытиялазерная наплавкафазово-структурное состояниемикротвердостьThis publication has been financially supported by the RUDN University Scientific Projects Grant System, project No. 202516-2-00.Публикация выполнена в рамках проекта НИР № 202516-2-000 Системы грантовой поддержки научных проектов РУДН.Karmuhilan, M. A review on additive manufacturing processes of Inconel 625 / M. Karmuhilan, S. Kumanan // J. Mater. Eng. Perform. 2022. V.31. P.2583–2592.He, S. Effect of substrate preheating on the microstructure and bending behavior of WC-Inconel 718 composite coating synthesized via laser directed energy deposition / S. He, S. Park, D.S. Shim, C. Yao, M. Li, S. Wang // Intern. J. Refract. Metals Hard Mater. 2023. V.115. Art.106299.Cooper, D.E. Additive layer manufacture of Inconel 625 metal matrix composites, reinforcement material evaluation / D.E. Cooper, N. Blundell, S. Maggs, G.J. Gibbons // J. Mater. Proc. Tech. 2013. V.213. Is.12. P.2191–2200.Chen, L. Effect of TiC content on the microstructure and wear performance of in situ synthesized Ni-based composite coatings by laser direct energy deposition / L. Chen, Y. Zhao, F. Meng, T. Yu, Z. Ma, S. Qu, Z. Sun // Surf. Coat.Tech. 2022. V.444. Art.128678.Muvvala, G. In-process detection of microstructural changes in laser cladding of in-situ Inconel 718/TiC metal matrix composite coating / G. Muvvala, D.P. Karmakar, A.K. Nath // J. Alloys Comp. 2018. V.740. P.545–558.Shen, X. Study on crack behavior of laser cladding ceramic-metal composite coating with high content of WC / X. Shen, X. He, L. Gao, G. Su, C. Xu, N. Xu // Ceram. Intern. 2022. V.48. Is.12. P.17460–17470.Tobar, M.J. Morphology and characterization of laser clad composite NiCrBSi–WC coatings on stainless steel / M.J. Tobar, C. Álvarez, J.M. Amado, G. Rodríguez, A. Yáñez // Surf. Coat. Tech. 2006. V.200. P.6313–6317.Sun, S. Preparing WC-Ni coatings with laser cladding technology : A review / S. Sun, J. Wang, J. Xu, X. Cheng, C. Jing, Z. Chen, J. Jiao // Mater. Today Communication. 2023. Art.106939.Zafar, F. A review on direct laser deposition of Inconel 625 and Inconel 625-based composites–challenges and prospects / F. Zafar, O. Emadinia, J. Conceição, M. Vieira, A. Reis // Metals. 2023. V.13. Is.4. P.787.Deschuyteneer, D. Influence of large particle size – up to 1.2 mm – and morphology on wear resistance in NiCrBSi/WC laser cladded composite coatings / D. Deschuyteneer, F. Petit, M. Gonon, F. Cambier // Surf. Coat. Tech. 2017. V.311. P.365–373.He, S. Study on microstructure and abrasive behaviors of Inconel 718-WC composite coating fabricated by laser directed energy deposition / S. He, S. Park, D.S. Shim, C. Yao, W.J. Zhang // J. Mater. Res. Tech. 2022. V.21. P.2926–2946.Zhang, P. Effects of WC particle types on the microstructures and properties of WC-reinforced Ni60 composite coatings produced by laser cladding / P. Zhang, Y. Pang, M. Yu // Metals. 2019. V.9. Is.5. P.583.Li, W. Effect of WC mass fraction on the microstructure and friction properties of WC/Ni60 laser cladding layer of brake discs / W. Li, X. Yang, J. Xiao, Q. Hou // Ceram. Intern. 2021. V.47. Is.20. P.28754–28763.Zhang, K. Microstructure and properties of composite coatings by laser cladding Inconel 625 and reinforced WC particles on non-magnetic steel / K. Zhang, H. Ju, F. Xing, W. Wang, Q. Li, X. Yu, W. Liu // Optics Laser Tech. 2023. V.163. Art.109321.Xiong, K. Microstructure evolution and mechanical properties of high-content TiC reinforced Inconel 718 composites fabricated by laser-directed energy deposition / K. Xiong, D. Gu, R. Wang, G. Huang, L. Yuan, D. Dai // J. Laser Appl. 2023. V.35. Is.2.Zhou, S. Analysis of crack behavior for Ni-based WC composite coatings by laser cladding and crack-free realization / S. Zhou, X. Zeng, Q. Hu, Y. Huang // Appl. Surf. Sci. 2008. V.255. Is.5. P.1646–1653.Huebner, J. Influence of heating conditions on the solidification of Inconel 625–WC system for additive manufacturing / J. Huebner, P. Rutkowski, A. Dębowska, D. Kata // Materials. 2020. V.13. Is.13. Art.2932.Li, W. Microstructure, wear resistance and electrochemical properties of spherical/non-spherical WC reinforced Inconel 625 superalloy by laser melting deposition / W. Li, R. Di, R. Yuan, H. Song, J. Lei // J. Manuf. Proc. 2022. V.74. P.413–422.Александрова, А.А. Прямое лазерное выращивание композиционного материала инконель 625/TiC : влияние исходного состояния порошка / А.А. Александрова, К.О. Базалеева, Э.В. Балакирев, А.А. Брыков, А.Г Григорьянц // ФММ. 2019. Т.120. №5. С.498–504. –Abioye, T.E. Concurrent Inconel 625 wire and WC powder laser cladding : process stability and microstructural characterisation / T.E. Abioye, J. Folkes, A.T. Clare, D.G. McCartney // Surf. Eng. 2013. V.29. №9. P.647–653.Tian, Z.H. Microstructure and properties of Inconel 625 + WC composite coatings prepared by laser cladding / Z.H. Tian, Y.T. Zhao, Y.J. Jiang, H.P. Ren // Rare Metals. 2021. V.40. P.2281–2291.Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ/ С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. – М. : Металлургия, 1963. 296 с. –