Problemy degradacji oraz modyfikacji hafnem aluminidkowych powłok ochronnych na elementach turbin silników lotniczych

• Autorzy: Swadźba L. , Hetmańczyk M. , Mendala B.

Warianty tytułu

EN

Degradation problems and hafnium modified aluminide coatings on aircraft engine parts

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad strukturą powłok aluminidkowych na wybranych stopach żarowytrzymałych wytwarzanych metodą gazową (out of pack) oraz fizycznego osadzania PVD. Przedstawiono wpływ parametrów otrzymywania powłok na stopach Inconel 100 oraz Mar M 247. Wykazano zależność pomiędzy składem chemicznym stopów a strukturą oraz rozmieszczeniem pierwiastków w powłoce aluminidkowej. Wyniki badań odporności na cykliczne utlenianie powłok aluminidkowych na stopach wykazały, że najwyższą odpornością charakteryzuje się powłoka na stopie Mar M 247. Przedstawiono wyniki badań łopatek z powłokami powłok w testach silnikowych. Przeprowadzono analizę zmian na powierzchni łopatek kierujących oraz degradacji struktury w charakterystycznych przekrojach poprzecznych łopatek kierujących. Wykazano, że obszarem szczególnie narażonym na złuszczenia powłoki jest obszar wysokiego ciśnienia. Analiza degradacji struktury powłok po testach silnikowych wskazuje na lokalny charakter ataku korozyjnego. W produktach korozji stwierdzono podwyższoną zawartość siarki oraz cynku. Przedstawiono możliwość zwiększenia odporności na cykliczne utlenianie powłok aluminidkowych przez ich modyfikację hafnem. Wykazano możliwość wprowadzania hafnu do powłok aluminidkowych metodą Arc-PVD.

EN

The article presents structure investigation results of aluminide coatings deposited on heat-resistant alloys using gas phase method (out of pack) and physical vapor deposition (PVD). It describes the influence of deposition process parameters on the coatings applied on Inconel 100 and Mar M 247 alloys. A dependence of alloys' chemical composition on the structure and elements distribution of the aluminide coatings has been revealed. Cyclic oxidation tests of aluminide coatings on these alloys proved that the coating on Mar M 247 alloy exhibits the highest durability. Engine test results of coated blades are presented. The conducted analysis concerned the changes occurring on the surface of the vanes as well as structure degradation in the cross sections. It has been revealed that the high pressure area is particularly prone to coating spallation. Degradation analysis of the coatings structure after engine tests indicates a local type of the corrosion attack. An increased amount of sulfur and zinc has been found in the corrosion products. A prospect of aluminide coatings cyclic oxidation resistance increase induced by hafnium modification is presented. Arc-PVD method has been proven to be useable in introducing hafnium to aluminide coatings.

Słowa kluczowe

PL

powłoka aluminidkowa; modyfikacja hafnem; degradacja powłok; silnik lotniczy; łopatka turbiny

EN

aluminide coatings; hafnium modification; coating degradation; aircraft engine; turbine blades

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 4
• Strony: 53--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Swadźba L.

autor

Hetmańczyk M.

autor

Mendala B.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katowice

Bibliografia

• 1. Viswanathan et al.: Combustion Turbine hot section Coating Life Management EPRI DE-FC26-01NT41231, Annual Report, April 2002 -September 2002, str. 8-81, Sub. by Viswanathan EPRI, December 2, 2002.
• 2. Bose S.: High Temperature Coatings, 2008, Butterworth-Heinemann; 1 edition, February 6, 2007.
• 3. Reed R.C., The Superalloys: Fundamentals and Application, Cambridge University Press; 1 edition, July 31, 2008.
• 4. Levi C.G.: Emerging Materials and Proceses for Thermal Barrier System, Solid State and Materials Science, 8, (2004) 77-91.
• 5. Padture N., Gell M., Jordan E.: Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, Science 12 April 2002, vol. 296, no. 5566, pp. 280-284.
• 6. Tawancy H.M., Sridhar N., Abbas N.M.: Comparative performance of selected bond coats in advanced thermal barrier coating systems, JOM 35(2000) 3615-3629.
• 7. Haynes J.A. et. al.: Influence of Sulfur, Platinum and Hafnium on the Oxidation Behavior of CVD NiAl Bond Coatings, Oxidation of Metals vol. 58, Nos. 5/6, December 2002.
• 8. Warnes B.N. et al. CVD Codeposition of Al and one or More reactive (Getering) Elements to Form Protective Aluminide Coating, US Patent 6, 849, 132 B2, Feb.1, 2005.
• 9. Smialek J.: Maintaining Adhesion of Protective Al2O3 scales, JOM, v. 52, No 1, January 2000, 22-25.
• 10.-Fisher G. et al.: The effects if active element additions on the oxidation performance of a platinum aluminide coating at 1100°C, Surface and Coatings Technology 110 (1998), 24-30.
• 11. Huang L. et al.: Effect of rhenium addition on isothermal oxidation behavior of single-crystal Ni-base superalloy, Surface and Coating Technology 200 (2006) 6863-6870.
• 12. Pint B.A., Tortoreli P.F., Wright I.G.: Effect of Cycle Frequency on High Temperature Oxidation Behaviour of Alumina Forming Alloys, Oxid. of Metals, v. 8, No. 1/2, 73-101, August 2002.
• 13. Tryon B. et al.: Hybrid intermetallic Ru/Pt-modified bond coatings for thermal barrier systems, Surface and Coaings technology 2002 (2007), 349-361.
• 14. Wang Y.Q., Sayre G.: Factors affecting the microstructure of platinum-modified aluminide coatings during a vapour phase aluminizing process, Surface and Coatings Technology 203 (2009), 1264-1272.
• 15. Ning B., Weaver M.L.: A preliminary study of DC magnetron sputtered NiAl-Hf coatings, Surface and Coatings Technology, 177-178 (2004), 113-120.
• 16. Pint B.A., Haynes J.A., K.L. More, I.G. Wright and C. Layens: Compositional Effects on Aluminide Oxidation Performance Objectives for Improved Bond Coats, SUPERALLOYS 2000, Ed. by T.M. Pollock et al, TMS Publication, 629-638.
• 17. Guo H., Cui Y., Peng H., Gong S.: Improved cyclic oxidation resistance of electron beam physical vapor deposited nano-oxide dispersed β-NiAl coatings for Hf-containing superalloy, Corrosion Science 52 (2010), 1440-1446.
• 18. Warnes B.M.: Reactive element modified chemical vapor deposition low activity platinum aluminide coatings, Surface and Coatings Technology 146-147 (2001), 7-12.
• 19. Pint B.A.: The role of chemical composition on the oxidation performance of aluminide coatings Surface & Coatings Technology 188–189 (2004), 71 - 78.
• 20. Haynes J.A., Zhang Y., Cooley K.M., Walker L., Reeves K.S., Pint B.A.: High-temperature diffusion barriers for protective coatings, Surface & Coatings Technology 188-189 (2004), 153-157.