Technologia i mikrostruktura powłokowej bariery cieplnej uzyskanej metodami natryskiwania plazmowego i aluminiowania gazowego na stopie Re 80

• Autorzy: Nowotnik A. , Góral M. , Filip R. , Sieniawski J.

Warianty tytułu

EN

Technology and microstructure of thermal barrier coating obtained by air plasma spraying and vapor phase aluminizing method on Re 80 nickel superalloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Intensywny rozwój przemysłu lotniczego związany ze zwiększeniem się liczby pasażerów determinuje opracowywanie nowocześniejszych konstrukcji silników lotniczych. Obecnie najbardziej zaawansowanym sposobem ochrony powierzchni łopatek turbin oraz elementów komory spalania przed wysoką temperaturą oraz oddziaływaniem korozyjnym spalin jest stosowanie powłokowych barier cieplnych. Powłoki złożone są z dwóch warstw pełniących odmienne funkcje. Powłokę wewnętrzną stanowi warstwa aluminidkowa uzyskiwana metodami dyfuzyjnymi lub wieloskładnikowy stop typu MeCrAlY. Chroni ona materiał podłoża przed utlenianiem i kompensuje różnice we właściwościach fizycznych pomiędzy warstwą zewnętrzną a materiałem podłoża. Warstwa zewnętrzna zapewnia izolację cieplną - tworzy ją tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. W artykule przedstawiono charakterystykę mikrostruktury powłokowej bariery cieplnej o budowie gradientowej, wielowarstwowej, wytworzonej na powierzchni odlewniczego nadstopu niklu typu Re 80. Międzywarstwę wytworzono w procesie natryskiwania plazmowego (APS) wieloskładnikowego stopu typu MeCrAlY, który następnie poddano aluminiowaniu metodą gazową. Analiza mikrostruktury i składu chemicznego wykazała zwiększenie zawartości aluminium w strefie przypowierzchniowej (do ok. 40% at.) i powstanie fazy NiAl. Stwierdzono obecność licznych tlenków typowych dla procesu natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS). Wytworzona warstwa pośrednia miała budowę charakterystyczną dla procesu niskoaktywnego. Zewnętrzną warstwę ceramiczną (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru) osadzono metodą natryskiwania plazmowego APS. Uzyskana wielowarstwowa powłokowa bariera cieplna może stanowić alternatywę dla konwencjonalnych powłok TBC stosowanych na elementach komory spalania i złożonych z międzywarstwy na bazie stopu MeCrAlY oraz warstwy ceramicznej ZrO2-Y2O3. Niewielka grubość powłoki w porównaniu z konwencjonalnymi powłokami TBC natryskiwanymi plazmowo pozwoli na jej zastosowanie również do ochrony powierzchni łopatek turbiny silnika lotniczego.

EN

Dynamical development of aviation industry is connected with the increase of passengers quantity and determines the research on more advanced aircraft engines construction. The usage of thermal barrier coatings (TBC) is the most advanced way of protecting the turbine blade surface and combustion chamber elements, against high temeprature and corrosive influence of the exhaust gases. The TBC coatings consist of two layers, that introduce different functionality. The aluminide layer obtained with diffusive methods or multicomponent MeCrAlY alloy form the inner layer. It protects the base material against oxidation and compensates the differences in physical properties between the outer layer and the base material. The outer layer is yttrium oxide stabilized zirconium oxide. It provides the thermal isolation. One introduced in the article the microstructure characteristics of the thermal barrier coating with the gradient, mulitlayer structure, obtained on the surface of Re 80 nickel superalloy. The bond-coat was deposited during the plasma spraying process in the conditions of atmospheric pressure (APS) of the multicomponent MeCrAlY alloy, followed by submission it to the gasaluminizing process. The microstructure and chemical composition analysis proofed the increase of aluminium content in the near-surface zone (up to 40% at.) and the formation of grains of the NiAl phase. One confirmed the existence of many other oxides, characteristic for the plasma spraying proces under atmospheric pressure (APS). The structure of created bond-coat was characteristic for the low activity processes. The outer ceramic layer (yttrium oxide stabilized zirconium oxide) wad deposited with a use of APS plasma spraying method. The obtained mulitlayer thermal barrier coating will create the alternative for the conventional TBC coating, which includes the bond-coat, formed on the basis of MeCrAlY alloy, and the ceramic ZrO2-Y2O3 layer used for combustion chamber elements. Small thickness of the coating, in comparison to the conventional TBC coatings obtained during the plasma spraying process, will enable its application for protection of surface of the turbine blade in the construction of aircraft engines.

Słowa kluczowe

PL

powłokowe bariery cieplne; powłoki aluminidkowe; natryskiwanie plazmowe; aluminiowanie gazowe

EN

thermal barrier coatings; aluminide coatings; plasma spraying; gas phase aluminizing

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 645--647
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowotnik A.

autor

Góral M.

autor

Filip R.

autor

Sieniawski J.

• Katedra Materiałoznawstwa, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska,

Bibliografia

• [1] Feuerstein A., Knapp J., Taylor T., Ashary A., Bolcavage A., Hitchman N.: Thermal barrier coating systems for gas turbine engines by thermal spray and EBPVD – A technical and economic comparison. Proceedings of the International Thermal Spray Conference, Seattle, Washington, USA, May 15-18 (2006).
• [2] Carlos G. Levi: Emerging materials and processes for thermal barier systems. Current Opinion in Solid State and Materials Science 8 (2004) 77÷91.
• [3] Leyens C., Pint B. A., Wright I. G.: Effect of composition on the oxidation and hot corrosion resistance of NiAl doped with precious metals. Surface & Coatings Technology 133-134 (2000) 15÷22.
• [4] Haynes J. A., Lance M. J., Pint B. A., Wright I. G.: Characterization of commercial EB-PVD TBC systems with CVD (Ni, Pt)Al bond coatings. Surface & Coatings Technology 146-147 (2001) 140÷146.
• [5] Jing S. M., Peng X., Bao Z. B., Liu S. C., Wang Q. M., Gong J., Sun C.: Preparation and hot corrosion behaviour of a MCrAlY + AlSiY composite coating. Corrosion Science 50 (2008) 3213÷3220.
• [6] Swadźba L., Maciejny A., Mendala B.: Overaluminising of NiCoCrAlY coatings by Arc-PVD on Ni-base superalloys. Materiały konferencyjne 9th International Symposium on Superalloys, Champion, Pensylwania, USA, Superalloys (2000) 693÷701.
• [7] Ren X., Wang F.: High-temperature oxidation and hot-corrosion behawior of a sputtered NiCrAlY coating with and without aluminizing. Surface & Coatings Technology 201 (2006) 30÷37.
• [8] Warnes B. M.: Improved aluminide/MCrAlX coating systems for superalloys using CVD low activity aluminizing. Surface & Coatings Technology 163-164 (2003) 106÷111.