Influence of hafnium on high temperature oxidation of NiAl and Ni3Al alloys

• Autorzy: Swadźba R.

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.0137-9941.18.2.02

Warianty tytułu

PL

Wpływ hafnu na utlenianie wysokotemperaturowe stopów NiAl i Ni3Al

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results presented in this paper concern the modification of NiAl and Ni3Al alloys with reactive elements that increase their high temperature oxidation resistance. Literature data indicate that even trace additions of Hf to aluminide coatings significantly improve the resistance to oxidation in the range of 1100-1150°C, however the exact mechanism of its influence is not yet known. In order to determine the influence of various additions of Hf on high temperature oxidation of aluminide coatings, cyclic oxidation tests were performed at 1150°C of model NiAl and Ni3Al alloys with different Hf additions - from 0.25 wt.% to 1.5 wt.%. High resolution electron microscopy, as well as chemical composition analysis techniques, were applied to perform a detailed characterisation of the influence of Hf on the substructure, chemical and phase composition in the nano scale of oxide scales formed during high temperature oxidation.

PL

Wyniki przedstawione w artykule dotyczą modyfikacji tzw. pierwiastkami reaktywnymi faz wchodzących w skład dyfuzyjnych powłok aluminidkowych stosowanych na łopatki turbin silników lotniczych w celu zwiększenia ich odporności na utlenianie wysokotemperaturowe. Dane literaturowe wskazują, że nawet niewielki dodatek Hf w powłokach aluminidkowych bardzo silnie wpływa na wzrost odporności na utlenianie w zakresie temperatury 1100÷1150°C, jednak dokładny mechanizm jego wpływu nie jest do końca poznany. W celu określenia wpływu różnej zawartości Hf oraz scharakteryzowania mechanizmu jego oddziaływania na procesy utleniania wysokotemperaturowego powłok aluminidkowych przeprowadzono badania cyklicznego utleniania w temperaturze 1150°C stopów modelowych NiAl i Ni3Al o różnej zawartości Hf - od 0,05% mas. do 1,5% mas. Do przeprowadzenia szczegółowej analizy wpływu Hf na substrukturę, skład chemiczny oraz fazowy w skali nano warstw tlenkowych powstających podczas utleniania wysokotemperaturowego wykorzystano techniki wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej oraz analizy składu chemicznego.

Słowa kluczowe

EN

high temperature oxidation; reactive elements; superalloys

PL

utlenianie wysokotemperaturowe; pierwiastki reaktywne; stopy żarowytrzymałe

• Wydawca: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 2
• Strony: 19--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Swadźba R.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

Bibliografia

• 1. W. T. Griffiths, L.B. Pfeil. Improvements in Heat Resistant Alloys. UK Patent 459 (1937) 848. 1937.
• 2. R. Swadźba, J. Wiedermann, M. Hetmańczyk, L. Swadźba, B. Mendala, B. Witala, Ł. Komendera. Microstructure degradation of EB-PVD TBCs on Pd-Pt-modified aluminide coatings under cyclic oxidation conditions. Surface and Coatings Technology, 2013, 237, p. 16-22.
• 3. R. Swadźba L. Swadźba, J. Wiedermann, M. Hetmańczyk, B. Witala. Characterization of Alumina Scales Grown on a 2nd Generation Single Crystal Ni Superalloy During Isothermal Oxidation at 1050, 1100 and 1150oC. Oxidation of Metals, 2014, 82, p. 195-208.
• 4. B.A. Pint. Progress in Understanding the Reactive Element Effect Since the Whittle and Stringer Literature Review. In: John Stringer Symposium on High Temperature Corrosion. Materials Park, OH: ASM International, 2003, p. 9-19.
• 5. H. Heuer, D.B. Hovis, J.L. Smialek, B. Gleeson. Alumina Scale Formation: A New Perspective. Journal of the American Ceramic Society A, 2011, 94, p. 146-153.
• 6. B.A Pint. Experimental Observations in Support of the Dynamic-Segregation Theory to Explain the Reactive-Element Effect. Oxidation of Metals, 1996, 45, p. 1-37.
• 7. D.P. Whittle, J. Stringer. Improvements in High Temperature Oxidation Resistance by Additions of Reactive Elements or Oxide Dispersions. Philosophical Transactions of The Royal Society, 1980, 295, 1413, p. 309-329.
• 8. M. Homa. Żaroodporność i żarywotrzymałość stali typu Fe-Cr-Al. W warunkach utleniających: aktualny stan i perspektywy badań. Prace Instytutu Odlewnictwa, 2008, XLVIII, p. 57-86.
• 9. Pint, I.G. Wright, W.Y. Lee, Y. Zhang, K. Prußner, K.B. Alexander. Substrate and bond coat compositions: factors affecting alumina scale adhesion. Materials Science and Engineering, 1998, A245, p. 201-211.
• 10. B.A. Pint, J.R. Martin, L.W. Hobbs, The oxidation mechanism of -Al2O3 scales. Solid State Ionics, 1995, 78, p. 99-107.
• 11. J.S. Sheasby, D.B. Jory. Electrical Properties of Growing Alumina Scales. Oxidation of Metals, 1978, 12, p. 527-539.
• 12. D. Nicolas-Chaubet, A.M. Huntz, F. Millot. Electrochemical method for the investigation of transport properties of alumina scales formed by oxidation. Journal of Materials Science, 1991, 26, p. 6119-6126.
• 13. K.A. Unocic, B.A. Pint. Effect of water vapor on thermally grown alumina scales on bond coatings. Surface & Coatings Technology, 2013, 215, p. 30-38.
• 14. K.A. Unocic, C.M. Parish, B.A. Pint. Characterization of the alumina scale formed on coated and uncoated doped superalloys. Surface & Coatings Technology, 2011, 206, p. 1522-1528.
• 15. A.H. Heuer, T. Nakagawa, M.Z. Aza, D.B. Hovis, J.L. Smialek,
• B. Gleeson, N.D.M. Hine, H. Guhl H.-S. Lee, P. Tangney, W.M.C. Foulkes, M.W. Finnis. On the growth of Al2O3 scales.Acta Materialia, 2013, 61, p. 6670-6683.
• 16. W. Veal, A.P. Paulikas, B. Gleeson, P.Y. Hou. Creep in a-Al2O3 Thermally Grown on b-NiAl and NiAlPt Alloys. Surface and Coatings Technology, 2007, 202, p. 608-612.
• 17. J. Jedliński, J-L. Grosseau-Poussard, K. Kowalski, J. Dąbek, G. Borchardt. Development of Oxide Scale at 1,100oC on Fe20Cr5Al Alloy Non-Implanted and Yttrium-Implanted. Oxidation of Metals, 2013, 79 (1-2), p. 41-51.
• 18. J. Jedlinski G. Borchardt. On the Oxidation Mechanism of Alumina Formers. Oxidation of Metals, 1991, 36, p. 317-337.
• 19. W.B. Michael. Reactive element modified chemical vapor deposition low activity. Surface and Coatings Technology, 2001, 146-147 (1), p. 7-12.
• 20. B.A. Pint, K.L. More. Characterization of alumina interfaces in TBC systems. Journal of Materials Science, 2009, 44, p. 1676-1686.
• 21. R. Swadźba, J. Wiedermann, L. Swadźba, M. Hetmańczyk, B. Witala, U. Schulz, T. Jung. High temperature oxidation of EB-PVD TBCs on Pt-diffused single crystal Ni superalloy. Surface & Coatings Technology, 2014, 260, p. 2-8.
• 22. R. Swadźba. Interfacial phenomena and evolution of modified aluminide bondcoatings in Thermal Barrier Coatings. Applied Surface Science, 2018, 445, p. 133-144.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).