Mikrostruktura i odporność na utlenianie powłok aluminidkowych modyfikowanych krzemem i osadzonych metodą Arc-PVD na stopie typu Ti-48Al-2Cr-2Nb

• Autorzy: Swadźba L. , Moskal G. , Mendala B. , Góral M.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and oxidation resistance of aluminide coatings modified by Si deposited on Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy by Arc-PVD method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych oraz odporności na utlenianie izotermiczne i cykliczne, powłoki na osnowie fazy TiAl3 modyfikowanej krzemem osadzonej metodą Arc-PVD na stopie Ti-48Al-2Cr-2Nb. Zastosowana dwustopniowa metoda pozwoliła na wytworzenie pokrycia ochronnego o grubości rzędu 40 žm, wolnego od pęknięć i defektów charakterystycznych dla metod proszkowych (rys. 1). Wytworzona powłoka, bezpośrednio po osadzeniu, zbudowana byłą z dominującej fazy TiAl3 modyfikowanej krzemem oraz krzemków tytanu Ti5Si3, stwierdzono również obecność aluminium (rys. 4). Zastosowana następnie obróbka dyfuzyjna w temperaturze 950 °C przez łącznie 10 godzin pozwoliła na uzyskanie jedynie pożądanych faz aluminidkowych i krzemków tytanu (rys. 5). Zastosowana obróbka spowodowała rozrost warstwy przejściowej w wyniku dordzeniowej dyfuzji aluminium, a w konsekwencji powstanie krzemków tytanu, co spowodowało zmniejszenie aktywności tytanu poprzez jego wiązanie w krzemki (rys. 7, tab. 3). Rozrost pokrycia miał charakter dyfuzyjny i przebiegał parabolicznie (rys. 3). Zastosowanie powłoki TiAlSi pozwoliło na znaczną poprawę odporności stopu na długotrwałe utlenianie, zarówno w warunkach izotermicznych (rys. 8) jak i cyklicznie zmiennej temperatury (rys. 9). Było to możliwe dzięki odpowiedniemu doborowi metody oraz składu chemicznego powłoki. Otrzymano powłokę TiAlSi zbudowaną z dominującej fazy TiAl3, oraz fazy Ti5Si3, bez pęknięć i porów o grubości zapewniającej zachowanie długotrwałej odporności na utlenianie. Obecność wysokoaluminiowej fazy oraz powstawanie krzemków tytanu wpłynęło na zwiększenie aktywności aluminium i równoczesne zmniejszanie aktywności tytanu, a co za tym idzie na wzrost skłonności do selektywnego utleniania aluminium i zwiększenia żaroodporności stopu podłoża (rys. 10).

EN

This article presented the microstructural investigations of TiAlSi coatings deposited on TiAlCrNb alloy by Arc-PVD method. Results of the cyclic and isothermal oxidation tests of based alloy with and without oxidation resistance coating modified by Si was showed as well. Protective layer was deposited by two steps Arc-PVD method. The thickness of the layer was ca. 40 žm. The TiAlSi type of coating was free from cracks and characteristic for pack cementation methods imperfection (Fig. 1). Thought after deposition process, the TiAlSi coating was built from dominated a TiAl3 phases modified by Si as well titanium silicides Ti5Si3. The presence of an aluminum areas was confirmed too (Fig. 4). The homogenization process at 950 °C and diffusion treatment at the same temperature by together 10 hours permitted on formation in the coating only desirable phases such as titanium trialuminides and titanium silicides (Fig. 5). Diffusion treatment caused a growth of transition sublayer as a result of inward diffusion of aluminum. Formation of Ti-Si phases caused a decrease of titanium's activity by Ti bonding to form of Ti5Si3 (Fig. 7, Tab. 3). Application of TiAlSi protective coating permitted on significant improvement of oxidation resistance of basie alloys during isothermal (fig. 8) as well as a long term cyclic conditions (fig. 9). It was possible by the suitable seleetion of method of coating deposition and their chemical composition with thickness sufficient to obtainment of long term high oxidation resistance. The presents of high aluminum activity phases such as TiAl3 and formation of titanium silicides Ti5Si3 caused inereasing of aluminum activity and decreasing of titanium activity. In consequence susceptibility to selective oxidation of Al and inereasing of heat resistance was noticed (Fig. 10).

Słowa kluczowe

PL

mikrostruktura; odporność na utlenianie; powłoka; aluminidek tytanu; metoda Arc-PVD; Arc-PVD; stop; krzem; żaroodporność

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 3
• Strony: 117--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Swadźba L.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Moskal G.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Mendala B.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Góral M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Jacobson N. S., Brady M. P., Mehrotra G. M.; Thermodynamics of selecte Ti-Al and Ti-Al-Cr alloys, Oxidation of Metals, Vol. 52, Nos. 5/6,1999, pp537-556
• (2] Śmiałek J. L., Nesbitt J. A., Brindley W. J., Brady M. P., Doychak J.: Service limitations for oxidation resistance intermetallic compounds, High TemperatureOrdered Intermetallic Alloys VI, MRS Symposium Proceedings, Vol. 364, ed. By J.A. Horton, I. Baker, S. Hanada, Rd. Noebe, D.S. Schwartz, pp. 1273-1284
• [3] Fergus J. W., Dang B., Gale W. F.: Effect of Alloying Additions on Ionic Transport and Phase Distribution in Oxide Scales Formed During the Oxidation of Gamma Titanium Aluminide Alloys, Electrochemical Society Proceedings, Vol. 2001 12, pp. 38-48
• [4] Gupta S. P.: Intermetallic compounds in diffusion couples of Ti with A l-Si eutectic alloy. Materials Characterization 49, 2003, pp. 321-330
• [5] Vojtech D., Bartova B., Kubatik T.: High temperature oxidation of titanium-silicon alloys, Materials Science and engineering A361, 2003, pp. 50-57
• [6] Austin C. M., Kelly T. ]., McAllister K. G., Chesnutt J. C: Aircraft engine applications for gamma titanium aluminide, „Structural Intermetallics 1997", Publications of TMS, edited by Nathal M. V., Darolia R., Liu C. T.,Martin P. L., Miracle D. B., Wagner R., Yamaguchi M. (1997), pp. 413-425
• [7] Nicholls J. R., Bennett M. J.: Cyclic oxidation - guidelines for test standardization, aimed at the assessment of service behavior. Materials at High Temperatures, 17 (3), 2000, pp. 413-428
• [8] Van Loo F. J. J., Rieck G. D.: Diffusion in the titanium-aluminium system - I. Interdiffusion in the composition range between 25 and 100 at. % Ti, Acta Metałlurgica, vol. 21, 1973, pp. 73-84
• [9] Xiang Z. D., Rose S. R., Datta P. K.: Oxidation resistance of diffusion coatings formed by pack-codeposition of Al and Si on y-TiAl, Journals of Materials Science, 39, 2004, pp. 2099-2106
• [10] Jung H. G., Kim K. Y.: Effect of ternary elements on the oxidation behavior of aluminized TiAl alloys. Oxidation of Metals, Vol. 58, Nos. 1/2, 2002, pp.197-216