Ni and Ni-WC composite coatings were produced by cold spray deposition. In order to establish an optimum feedstock powders morphology and size, the Ni and WC cold spray behavior were examined. Two types of WC particles namely cast WC and agglomerated WCNi was tested. Moreover, cast WC with three size distributions was co-sprayed with Ni, where smaller WC particles retained more into coatings. A significant loss of cast WC particles during cold spraying was recorded, due to their limited ductility. Therefore, agglomerated WCNi powders were cosprayed with Ni. The result was a significant improvement in WC retention being close to that of initial feedstock.

Reciprocating sliding wear tests were performed on Ni and Ni-10.5 and 28vol%WC coatings in dry air using a custom-built tribometer equipped with WC-Co counterspheres. WC particles reinforced matrix against significant adhesive wear at initial cycles. Moreover, they assisted in fast developing of a mechanically mixed layer (MML) to a higher coverage. MML consisted of fine WC fragments and tribochemical phases of Co/NiWO₄, NiO and WO3. Subsurface microstructure examination suggested that MMLs shielded underlying materials from wear damage. MMLs on worn surfaces of composite coatings was harder and more stable and thus more protective than that for Ni coatings.

Effect of WC particles morphology i.e. cast versus agglomerated, on the sliding wear of composite coatings, was tested in two coatings with a similar fill ratio of WC particles, i.e. Ni28WC and Ni-30WCNi. Ni-28WC was more wear resistant than Ni-30WCNi and exhibited a more stable coefficient of friction throughout the test. Lower mean free paths between WC particles in Ni-28WC effectively protected the matrix from adhesive wear in initial sliding cycles. Whereas, significant plastic deformation and adhesive wear were observed in Ni-30WCNi. Moreover, large WC particles in Ni-28WC were resistant from being pulled out from the surface, whereas in Ni30WCNi, fine WC fragments were dislodged from the surface and caused wear on both counterparts. Both coatings developed hard and protective MML. MMLs more effectively protected underlying materials from wear damage in Ni-28WC, due to its higher coverage and stability.

Solid particle erosion (SPE) wear behavior of coatings were examined in an ambient environment using alumina erodent particles under 30 and 90◦ impact angles. Ni and Ni-10.5 vol.%castWC composite coatings were subjected to erosive wear. At low impact angle, erosion rates for both coatings were similar, however, Ni coatings were more erosion resistant at normal angle. At 30°, WC particles were least damaged, however, they were knocked out from the surface when the supporting effect of the Ni matrix was no longer present. Due to WC particles low content, they didn’t grant a significant improvement in erosion resistance of coating at 30°. For both coatings, a higher erosion resistance was obtained at normal erosion, partly due to the embedding of erodent particles into Ni and shielding effect against further material loss.

In order to test the effect of mechanical properties of Ni matrices, cold spray coatings were prepared using two size ranges of Ni i.e. Ni(d₅₀ = 7 µm) and Ni(d₅₀ = 25 µm). A higher erosion resistant was obtained in Ni(7 µm) coating compared to Ni(25 µm), due to the higher hardness of Ni(7 µm) coating. Ni-WCNi coatings with WC ranging from 13 to 56vol.% were tested. The addition of below 30vol.% WC into coating didn’t impart any significant effect on erosion rates, where erosion behavior was controlled by Ni matrices. Above 30vol.% WC contents, Ni-WCNi coatings erosion rates were dropped significantly and reached a similar value for both Ni(7 µm)- and Ni(25 µm)-WCNi coatings. This was associated with a transition in erosion mechanism from easy dislodgment of WC fragments in low WC content to strain accumulation and subsurface cracking in high WC content.

Les revêtements de Ni-WC, ont été produits par dépôt de pulvérisation à froid. Afin d’obtenir des conditions de pulvérisation optimales, ainsi que la taille et la morphologie de la poudre de base, le comportement de la pulvérisation à froid des revêtements Ni et WC a été examiné. Deux types de particules de WC, à savoir le WC coulé et le WCNi aggloméré, ont été testés. Cependant, une perte significative de particules de WC coulées pendant la pulvérisation à froid. Par conséquent, les poudres de WCNi agglomérées ont été co-pulvérisées avec Ni. Le résultat fut une amélioration significative de la rétention du WC proche de l’état initial.

Des essais d'usure par frottement alternatif ont été effectués sur des revêtements composites Ni et Ni-10.5 et 28 WC dans de l'air sec à l'aide d'un tribomètre fabriqué sur mesure, équipé de contre-pointes WC-Co. Il a été constaté que les particules de WC renforçaient la matrice contre une usure importante de l'adhésif au début du frottement. En outre, elles ont aidé au développement rapide, d'une couche mécaniquement mélangée (MML), à une couverture plus élevée. L'examen de la microstructure de subsurface des pistes d'usure a suggéré que les MMLs protégeaient les matériaux sous-jacents contre les dommages dus à l'usure.

L'effet de la morphologie des particules de WC, c'est-à-dire la structure moulée par rapport à la structure agglomérée Ni-28WC et Ni-30WCNi a été. Il a été constaté que Ni-28WC était plus résistant à l'usure que Ni-30WCNi et présentait un coefficient plus stable tout au long de l'essai. Des trajets libres moyens entre les particules de WC dans Ni-28WC protégeaient efficacement la matrice de l'usure de l'adhésif lors des cycles de frottement initiaux. De plus, de grandes particules de WC dans Ni-28WC étaient résistantes à la surface. Cependant, les MMLs protégeaient plus efficacement les matériaux sous-jacents contre les dommages dus à l'usure dans le Ni-28WC, en raison de sa couverture et de sa stabilité plus élevées.

Le comportement à l'usure érosive des particules solides (SPE) du Ni et des Ni-10.5castWC composites a été examiné utilisant des particules érodantes d'alumine sous des angles d'impact de 30 et 90°. À faible angle d'impact, les taux d'érosion pour les deux revêtements étaient similaires, cependant, les revêtements de Ni étaient plus résistants à l'érosion à un angle normal. À faible angle d'impact, les particules de WC ont été moins endommagées en raison de l'érosion. Sous un angle normal, la vue de dessus et la section transversale des surfaces usées montraient une fissuration fragile des particules de WC et une fragmentation, suivi d’un enlèvement de la surface. Pour les deux revêtements, une résistance à l'érosion plus élevée a été obtenue.

Afin de tester l'effet des propriétés mécaniques des matrices de Ni, des revêtements pulvérisés à froid ont été préparés en utilisant deux plages de taille Ni, Ni (d₅₀ = 7 µm) et Ni (d₅₀ = 25 µm). Une résistance à l'érosion plus élevée a été obtenue avec un revêtement de Ni (d₅₀ = 7 µm) par rapport à Ni (d₅₀ = 25 µm). Des revêtements Ni-WCNi avec des valeurs de WC allant de 13 à 56% en volume ont été testés. Il a été constaté que l'ajout de moins de 30vol.% de WC dans le revêtement n'a pas eu d'effet significatif sur les taux d'érosion, où le comportement de l'érosion était contrôlé par les matrices Ni. Au-dessus de 30vol.% en WC, les taux d'érosion des revêtements Ni-WCNi ont été significativement réduits, et ont atteint une valeur similaire pour les deux revêtements Ni-WCNi. Cela a été associé à une transition dans le mécanisme d'érosion du délogement rapide des fragments de WC de la surface, à faible teneur en WC à l'accumulation de contrainte et à la fissuration sous la surface dans une teneur élevée en WC