Microstructure and oxidation resistance of an aluminide coating on the nickel based superalloy Mar M247 deposited by the CVD aluminizing process

• Autorzy: Zielińska M. , Zagula-Yavorska M. , Sieniawski J. , Filip R.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i żaroodporność warstwy aluminidkowej wytworzonej metodą CVD na podłożu nadstopu niklu Mar M247

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An investigation was conducted to synthesize βNiAl coating on the nickel based superalloy Mar M247 in a chemical vapor deposition process (CVD). The low activity process of aluminizing was carried out for 8 hours at the temperature 1050°C. Surface morphology and cross-section microstructure of the diffusion coating were studied and compared by using an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy and an X-ray diffractometer. It was found that aluminide coating with the thickness of 37 μm consisted of two layers: an outer one and the inner interdiffusion one. The outer layer consists of single phase βNiAl. The inner one, consisted of βNiAl phase and carbides: MC and M₂₃ C₆ types which were originally present in the substrate. Cyclic oxidation test was performed at 1000°C for 1000h in the air atmosphere. The aluminized samples exhibited a small mass increase and the α- Al₂ O₃ oxide formed during oxidation test had a good adherence to the coating. The decrease of aluminum content in the coating with the prolongation of the oxidation time and the phase transformation of βNiAl to γ’ Ni₃ Al and to γNi solid solution were observed. The samples without the coating showed a strong mass decrease in comparison to the coated samples.

Niskoaktywny proces aluminiowania prowadzono w temperaturze 1050°C i w czasie 8 h. Badania mikrostruktury na przekroju oraz powierzchni warstwy dyfuzyjnej prowadzono za pomoca mikroskopu optycznego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego wyposażonego w detektor EDS. Skład fazowy określano metodą rentgenowskiej analizy fazowej. Uzyskano warstwę aluminidkową o grubości 37 μm składająca się z dwóch stref: zewnętrznej oraz wewnętrznej (dyfuzyjnej). Strefa zewnętrzna składa się z fazy βNiAl. Natomiast wewnętrzna - z fazy βNiAl oraz węglików typu MC oraz M₂₃C₆. Badania cyklicznego utleniania prowadzono w temperaturze 1000°C i w czasie 1000 h w atmosferze powietrza. Podczas utleniania warstwy aluminidkowej powstaje tlenek α-Al₂O₃ o dobrej przyczepności do warstwy dyfuzyjnej. Zwiększenie czasu utleniania od o do 1000 h powoduje zmniejszenie zawartości aluminium oraz przemianę fazową β-NiAl do γ’-Ni₃Al i do stałego roztworu γ-Ni. Materiał bez warstwy aluminidkowej charakteryzuje się większą szybkością utleniania w porównaniu do materiału z warstwą aluminidkową.

Słowa kluczowe

EN

Mar M247 Ni-base superalloy; CVD method; aluminide coating; oxidation resistance

PL

nadstop niklu MAR M247; metoda CVD; powłoka aluminidkowa; odporność na utlenianie

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 3
• Strony: 697--701
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zielińska M.

• MTU AERO Engines Polska, Rzeszów

autor

Zagula-Yavorska M.

• Rzeszów University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, 2 W. Pola Str., 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Sieniawski J.

• Rzeszów University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, 2 W. Pola Str., 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Filip R.

• Rzeszów University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, 2 W. Pola Str., 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• [1] L. He, C. H. Yu, A. Leyland, A. D. Wilson, A. Matthews, Acomparative study of the cyclic thermal oxidation of PVD nickel aluminide coatings. Surface and Coatings Technology 155, 67-79 (2002).
• [2] H. Liu, W. Chen, Reactive oxide-dispersed Ni3Al intermetallic coatings by sediment co-deposition. Intermetallics 13, 805-817 (2005).
• [3] T. Wierzchoń, H. Garbacz, M. Ossowski, Structure and properties of Ti-Al intermetallic layers produced on titanium alloys byaduplex treatment. Materials Science Forum 475-479, 3883-3886 (2005).
• [4] B. Ning, M. Shamsuzzoha, M. L. Weaver, Microstructure and properties of DC magnetron sputtered Ni Al-HF coatings. Surface and Coatings Technology 179, 201-209 (2004).
• [5] S. Deshpande, T. S. Sampath, H. Zhang, Mechanisms of oxidation and its role in microstructural evolution of metallic thermal spray coatings - case study for Ni-Al. Surface and Coatings Technology 200, 5395-5406 (2006).
• [6] H. Li, L. Sun, H. A. Zhaohui Zhou, S. Gong, Three surface modification methods and their effects on the isothermal oxidation behavior of the EB-PVD Ni Al coating. Surface and Coatings Technology 201, 5161-5164 (2007).
• [7] M. Tacikowski, J. Słoma, M. Woźniak, T. Wierzchoń, Structure of the Al-Ni intermetallic layer produced on nickel alloy by duplex treatment. Intermetallics 14, 123-129 (2006).
• [8] Rzyman, Efekty energetyczne towarzyszące tworzeniu faz międzymetalicznych. Polska Akademia Nauk, Kraków 2002.
• [9] A. S. Khanna, Introduction to High Temperature Oxidation and Corrosion. ASM International 2002.
• [10] S. Mrowec, T. Werber, Nowoczesne materiały żaroodporne. WNT, Warszawa 1982.
• [11] M. Hetmańczyk, L. Swadźba, B. Mendala, Advanced materials and protective coatings in aero-engines application. JAMME 24, 1, 372-381 (2007).
• [12] M. Zielińska, J. Sieniawski, R. Filip, M. Pytel, Stabilność cieplna warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu z nadstopu niklu w środowisku gazów utleniajacych. Inżynieria Materiałowa 4, 811-814 (2011).
• [13] M. Yavorska, M. Zielińska, K. Kubiak, J. Sieniawski, Mikrostruktura iodporność na utlenianie izotermiczne powłoki aluminidkowej wytworzonej w niskoaktywnym procesie CVD na podłożu z nadstopu Inconel 713LC, Archiwum Technologii Maszyni Automatyzacji 30, 1, 83-94 (2010).
• [14] M. Zielińska, J. Sieniawski, M. Yavorska, M. Motyka, Influence of chemical composition of nickel based superalloy on the formation of aluminide coatings. Archives of Metallurgy and Materials 56, 1, 185-189 (2011).
• [15] M. Yavorska, J. Sieniawski, M. Zielińska, Functional properties of aluminide layer deposited on Inconel 713 LC Ni-based superalloy in the CVD process. Archives of Metallurgy and Materials 56, 1, 187-192 (2011).
• [16] M. Zagula-Yavorska, J. Sieniawski, T. Gancarczyk, Some properties of platinum and palladium modified aluminide coatings deposited by CVD method on nickel-base superalloys. Archives of Metallurgy and Materials 57, 2, 503-509 (2012).
• [17] M. Poręba, Wysoko-iniskoaktywne procesy wytwarzania aluminidkowych warstw zaroodpornych na stopie Rene77 metodami CVD, Rozprawa doktorska, Rzeszów 2011.
• [18] S. Bose, High temperature coatings. Burlington 2007.
• [19] A. Szczotok, Revealing and evaluation of carbides in Mar-M247 Ni based superalloy. Inzynieria Materiałowa 157-158, 3-4, 468-471 (2007).
• [20] B. A. Pint, J. A. Haynes, T. M. Besmann, Effect of Hf and Yadditions on aluminide coating performance. Surface and Coatings Technology 204, 3287-3293 (2010).
• [21] J. R. Davis, Heat - Resistant Materials. ASM Speciality Handbook 2000.
• [22] J. Maximilien N’gandu-Muamba, R. Streiff, The reactive element effect (R.E.E.):atentative classification. Journal de physique IV, 281-290 (1993).