Some properties of platinum and palladium modified aluminide coatings deposited by CVD method on nickel-base superalloys

• Autorzy: Zagula-Yavorska M. , Sieniawski J. , Gancarczyk T.

Warianty tytułu

PL

Właściwości warstw aluminidkowych modyfikowanych platyna i palladem wytworzonych metodą CVD na podłożu nadstopów niklu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper some functional properties (hardness and oxidation resistance) of platinum and palladium modified aluminide coatings deposited by the CVD method on a nickel-based superalloy were determined. The platinum and palladium microlayers, 3 μm thick were deposited by electroplating process. The heat treatment of electroplating microlayers was performed for 2h at the temperature 1050 degree Celsjus in an argon atmosphere as to increase adhesion between the coating and the substrate. The low activity CVD aluminizing process of platinum heat treated coatings 3 μm thick at the 1050degree Celsjus for 8h using IonBond equipment was performed. The effects of aluminizing process were verified by the use of an optical microscope (microstructure and coating thickness); a scanning electron microscope and an energy dispersive spectroscope (chemical composition of the surface and cross-section of the modified aluminide coating). The hardness measurements on the cross-section of nonmodified and platinum or palladium modified aluminide coatings were performed. Oxidation tests of modified aluminide coatings at the 1100 degree Celsjus for 1000 h in the air atmosphere were carried out. On the grounds of the obtained results it was found that the main phase of the platinum modified aluminide coating is β-(Ni,Pt)Al. Consequently, the palladium modification of aluminide coating causes the formation of β-(Ni,Pd)Al phase. The platinum modified aluminide coating has better oxidation resistance than nonmodified and palladium modified aluminide coating. The XRD analysis of the surface of oxidized platinum modified aluminide coating confirmed the presence of the thermodynamically stable oxide layer Al₂O₃, that has good protective properties. The oxides of NiAl₂O₄, Al_1:98Cr_0:02O₃ and TiO₂ were found on the surface of the palladium modified aluminide coating after 1000 h oxidation at the 1100 degree Celsjus the in the air atmosphere.

PL

W pracy określono niektóre właściwości użytkowe (twardość oraz żaroodporność) warstwy aluminidkowej modyfikowanej platyną i palladem wytworzonej metodą CVD na podłożu nadstopów niklu, polikrystalicznym Inconel 713 LC i monokrystalicznym - CMSX 4. Powlokę platyny i palladu (grubość - 3μm) wytworzono metodą galwaniczną. Poprawę przyczepności powłoki galwanicznej do podłoża uzyskano przez wygrzewanie w temperaturze 1050 stopni Celsjusza w czasie 2 h w atmosferze argonu. Warstwę aluminidkowa wytworzono w procesie niskoaktywnym CVD (temperatura - 1050 stopni Celsjusza, czas - 8h). Efekty procesu aluminiowania weryfikowano w badaniach mikroskopowych (mikrostruktura i głębokość warstwy) oraz w analizie składu chemicznego na powierzchni i przekroju warstwy modyfikowanej. Pomiary twardości prowadzono na przekroju niemodyfikowanej warstwy aluminidkowej oraz warstwie modyfikowanej platyna i palladem. Próbę zmęczenia cieplnego wykonano w temperaturze 1100 stopni Celsjusza i w czasie 1000 h w atmosferze powietrza. Analiza uzyskanych wyników badan pozwała stwierdzić, ze głównym składnikiem fazowym mikrostruktury modyfikowanej platyną warstwy aluminidkowej są kryształy fazy &beta ;-(Ni,Pt)Al. Modyfikowanie palladem warstwy aluminidkowej prowadzi do tworzenia się kryształów fazy &beta ;-( -(Ni,Pd)Al jako głównego składnika fazowego mikrostruktury warstwy. Warstwę aluminidkowa modyfikowaną platyną charakteryzuje większa żaroodporność w porównaniu do warstwy aluminidkowej modyfikowanej palladem lub niemodyfikowanej. Analiza składu fazowego na powierzchni warstwy aluminidkowej modyfikowanej platyna po próbie zmęczenia cieplnego wykazała obecność zgorzeliny składającej sie z termodynamicznie stabilnego tlenku Al.₂O₃: Tlenek NiAl₂O₄; Al1:98Cr0:02O3 oraz rutyl TiO₂ zaobserwowano na powierzchni warstwy aluminidkowej modyfikowanej palladem po 1000 h utleniania w temperaturze 1100 stopni Celsjusza w atmosferze powietrza.

Słowa kluczowe

EN

CVD; platinum and palladium modified aluminide coating; low-activity CVD process; Ni-base superalloy; oxidation resistance

PL

stopy niklu; CVD; aluminiowanie

• 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: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 2
• Strony: 503--509
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., wykr.

Twórcy

autor

Zagula-Yavorska M.

autor

Sieniawski J.

autor

Gancarczyk T.

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

Bibliografia

• [1] J. Sieniawski, Nickel and titanium alloys in aircraft turbine engines, Advances in Manufacturing Science and Technology 27, 3, 23-34 (2003).
• [2] J.R. Davis, Heat –Resistant Materials. ASM Speciality Handbook.
• [3] Y. Tamarin, Protective coatings for turbine blades. ASM International, 2002.
• [4] B. Sudhangshu, High temperature coatings. Butterworth-Heinnemann, Oxford 2007.
• [5] M. Hetmanczyk, L. Swadzba, B. Mendala, Advanced materials and protective coatings in aero-engines application, JAMME 24/1, 372-381 (2007).
• [6] C. Choux, A.J. Kulinska, S. Chevalier, High temperature reactivity of nickel aluminide coatings, Intermetallics 16, 1-9 (2008).
• [7] C.-H. Bai, Y.-J. Luo, C.-H. Koo, Improvement of high temperature oxidation and corrosion resistance of superalloy IN-738LC by pack cementation, Surface and coating Technology 183, 74-78 (2004).
• [8] F. S. Pettit, G. W. Goward, High temperature corrosion and use of coatings for protection, The Metallurgical Society of AIME, 603-619 (1981).
• [9] M. Yavorska, M. Poreba, J. Sieniawski, Development of microstructure of aluminide layer on Ni-base superalloys in the low-activity CVD process, Materials Engineering 6, 749-752 (2008).
• [10] G. Krishna, D. Das, V. Singh, S. Joshi, Role of Pt content in the microstructural development and oxidation performance of Pt–aluminide coatings produced using a high-activity aluminizing process. Materials Science and Engineering A251, 40-47 (1998).
• [11] Y. Wang, G. Sayre, Factors affecting the microstructure of platinum-modified aluminide coatings during a vapor phase aluminizing process. Surface & Coatings Technology 203, 1264-1272 (2009).
• [12] G. Lehnert, H. W. Meihardt, Electrodeposition Surf. Treat. 1, 189 (1972).
• [13] S. Alperine, P. Steinmetz, P. Josso, A. Costantini, High temperature-resistant palladium-modified aluminide coatings for nickel-base superalloys, Materials Science and Engineering, A 121, 367-372 (1989).
• [14] S. J. Hong, G. H. Hwang, W. K. Han, S. G. Kang, Cyclic oxidation of Pt/Pd-modified aluminide coating on a nickel-based superalloy at 1150C. Intermetallics 17, 381-386 (2009).
• [15] D. Monceau, K. Bouhanek, R. Paeraldi, A. Malie, B. Pieraggi, Transition in high temperature oxidation kinetics of Pd-modified aluminide coatings: role of oxygen partial pressure, heating rate and surface treatment. Materials Research 15(3), 665-675 (2000).
• [16] M. Zielinska, 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, 193-197 (2011).
• [17] D. Hell, H. Guan, X. Sun, X. Jiang, Manufacturing, structure and high temperature corrosion of palladium-modified aluminide coatings on nickel-base superalloy M38, Thin Solid Films 376, 144-151 (2000).
• [18] M. Li, X. Sun, H. Guan, X. Jiang, Z. H u, Effect of Palladium Incorporation on Isothermal Oxidation Behavior of Aluminide Coatings, Oxidation of Metals 59 (2003).
• [19] S. Mrowec, T. Werber, Korozja gazowa metali. Wydawnictwo Slask, Katowice 1975.
• [20] O. Franke, K. Durst, M. Goken, Microstructure and local mechanical properties of Pt-modified nickel aluminides on nickel-base superalloys after thermo-mechanical fatigue, Materials Science and Engineering A467, 15-23 (2007).