Effects of load and speed on high-temperature tribological performance of electrodeposited hard Cr coating in trivalent-Cr bath

ABSTRACT

A chromium (Cr) coating was electrodeposited on 45 steel in trivalent-Cr bath. The morphologies and element distributions of the obtained coating were analysed using a scanning electronic microscope (SEM) and its configured energy dispersive spectrometer (EDS), respectively. The effects of normal load and rotation speed on the tribological performance of Cr coating at 300°C were analysed using a high-temperature friction tester. The results show that the Cr coating is mainly composed of Cr and Cr₂O₃ phases, and its average bonding force with the substrate is 9.20 N by the scratch method. Under the normal load of 2 N, the average coefficients of friction (COFs) of Cr coating at the rotation speeds of 300, 400 and 500 rpm are 0.70, 0.68 and 0.82, respectively; and the corresponding wear rates are 53.99, 97.38, and 46.17 μm³· N^–1·mm^–1, respectively, showing that the wear resistance of Cr coating at 500 rpm is the best among the three different rotational speeds. Moreover, the average COFs of Cr coating under the normal loads of 2, 4 and 6 N at 500 rpm are 0.82, 0.58 and 0.55, respectively; and the corresponding wear rates are 46.17, 84.54 and 71.19 μm³·N^–1·mm^–1, respectively. The wear mechanism of Cr coating at the rotation speeds of 300, 400 and 500 rpm is mainly adhesive wear; while that under the normal loads of 4 and 6 N is dominated by abrasive wear.

On a électrodéposé un revêtement de chrome (Cr) sur de l’acier 45 dans un bain de Cr trivalent. On analysé les morphologies et les distributions d’éléments du revêtement obtenu à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB) et de son spectromètre à dispersion d’énergie configuré (EDS), respectivement. On a analysé les effets de la charge normale et de la vitesse de rotation sur les performances tribologiques du revêtement de Cr à 300°C à l’aide d’un appareil de frottement à haute température. Les résultats montrent que le revêtement de Cr est composé principalement de phases de Cr et Cr₂O₃, et sa force d’adhérence moyenne avec le substrat est de 9.20 N par la méthode de rayage. Sous la charge normale de 2 N, les coefficients de frottement moyens (COF) du revêtement de Cr aux vitesses de rotation de 300, 400 et 500 tr/min sont respectivement de 0.70, 0.68 et 0.82, et les taux d’usure correspondants sont respectivement de 53.99, 97.38 et 46.17 μm³·N⁻¹·mm⁻¹, montrant que la résistance à l’usure du revêtement de Cr à 500 tr/min est la meilleure parmi les trois vitesses de rotation différentes. En outre, les COF moyens du revêtement de Cr sous les charges normales de 2, 4 et 6 N à 500 tr/min sont respectivement de 0.82, 0.58 et 0.55, et les taux d’usure correspondants sont respectivement de 46.17, 84.54 et 71.19 μm³·m⁻¹·N⁻¹. Le mécanisme d’usure du revêtement de Cr aux vitesses de rotation de 300, 400 et 500 tr/min est principalement une usure adhésive alors que celle sous les charges normales de 4 et 6 N est dominée par l’usure abrasive.

KEYWORDS:

• Electrodeposition
• Cr coating
• normal load
• rotation speed
• coefficient of friction (COF)
• wear mechanism

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