Warstwy aluminidkowe modyfikowane Hf wytworzone na podłożu z nadstopu niklu Inconel 740H

• Autorzy: Zagórska M. , Sitek R. , Kamiński J. , Mizera J. , Kurzydłowski K. J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.9

Warianty tytułu

EN

Hf-modified aluminide layers on nickel based superalloy Inconel 740H

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nadstopy niklu są powszechnie stosowanymi materiałami ze względu na swoje właściwości (m.in. żaroodporność i żarowytrzymałość). Jednak ciężkie warunki pracy elementów wykonanych z nadstopów niklu powodują zagrożenie wystąpienia m.in. korozji wysokotemperaturowej. W związku z tym jest konieczne stosowanie dodatkowej ochrony korozyjnej. W celu poprawienia właściwości nadstopów niklu wykorzystuje się ochronne warstwy powierzchniowe. Warstwy na bazie fazy międzymetalicznej NiAl charakteryzują się wysoką temperaturą topnienia, małą gęstością oraz dużą wartością modułu sprężystości. Modyfikacja warstw takimi pierwiastkami jak Hf, Zr czy Pt służy do poprawy ich adhezji oraz wytrzymałości. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących warstw aluminidkowych modyfikowanych Hf wytworzonych na podłożu z nadstopu niklu Inconel 740H. Dyfuzyjne warstwy NiAl modyfikowane Hf wytworzono w wysokoaktywnym procesie CVD w temperaturze 1040°C, pod ciśnieniem 150 hPa, w obecności AlCl3 i w atmosferze wodoru jako gazu nośnego. W celu scharakteryzowania warstw wykonano badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego. Wykonano także pomiary mikrotwardości od powierzchni oraz badania odporności korozyjnej. Wytworzone warstwy o grubości ok. 4 μm odznaczają się jednorodnością oraz ciągłością na całej długości próbek. Na powierzchni warstw stwierdzono występowanie trzech faz: AlNi3, Hf2Ni oraz (Al0,72Hf0,28)Ni3. Wykazano obecność wydzieleń bogatych w Hf zarówno na powierzchni, jak i w przekroju warstw. Wykazano również wpływ procesu aluminiowania na zwiększenie mikrotwardości na powierzchni (z poziomu 230 HV0,05 do około 370 HV0,05). Proces aluminiowania nieznacznie wpływa na niejednorodność elektrochemiczną stopu IN740H. Warstwy aluminiowane tworzą powłokę katodową na badanym materiale. Obecność warstw aluminiowanych zwiększa odporność korozyjną materiału w badanym roztworze korozyjnym.

EN

Ni-based superalloys are commonly used due to wide range of applications associated with their properties (such as heat and high-temperature creep resistance). However, hard working conditions of elements made of Ni-based superalloys cause a risk of high temperature corrosion occurrence. Simultaneously, it is necessary to apply additional corrosion protection. In order to improve corrosion properties of nickel based superalloys, protective coatings are used. Layers based on NiAl intermetallic phase exhibit high melting point, low density and high value of elastic modulus. Hf, Zr or Pt layers modification leads to the improvement of their adhesion and durability. This article presents characterization results of Hf-modified aluminide layer on nickel based superalloy Inconel 740H. Coatings were manufactured by CVD method at a temperature of 1040°C, at a pressure 150 hPa, in the presence of AlCl3 and in the atmosphere of hydrogen as a carrier gas. Microstructure observations, chemical and phase composition analysis were carried out in order to characterize NiAl layers. Microhardness measurements of the surface and corrosion resistance tests were also performed. Manufactured layers of thickness about 4 μm exhibit high homogeneity and continuity over entire samples. On the layers surface three phases has been identified: AlNi3, Hf2Ni and (Al0,72Hf0,28)Ni3. The presence of Hf-rich precipitates, both on the surface and in the cross-section of layers, was demonstrated. Aluminizing process effect on the increase of surface microhardness (from the 230 HV0,05 to about 370 HV0,05) was also shown. Moreover, aluminizing process slightly affects the electrochemical heterogenity of IN740H alloy. Hf-modified NiAl layers form compact cathode coating on the substrate, simultaneously increasing corrosion resistance of IN 740H alloy in applied corrosion solution.

Słowa kluczowe

PL

nadstopy niklu; Inconel 740H; aluminiowanie CVD; modyfikacja Hf

EN

Ni-based superalloy; Inconel 740H; CVD aluminizing; Hf modification

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 247--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zagórska M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Sitek R.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kamiński J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Mizera J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kurzydłowski K. J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Sims C. T., Stoloff N., Hagel W. C.: Superalloys II. A Wiley Interscience Publication by John Weiley &Sons Inc., Canada (1987).
• [2] Bechetti D. H.: Microstructural evolution and creep rupture behavior of INCONEL® alloy 740H® fusion welds. Thesis of Lehigh University, January (2013).
• [3] Yan CH., Zhengdong L., Godfrey A. Wei L., Yuqing W.: Microstructure evolution and mechanical properties of Inconel 740H during aging at 750°C. Materials Science & Engineering A589 (2014) 153÷164.
• [4] Darolia R.: Ductility and fracture toughness issues related to implementation of NiAl for gas turbine applications. Intermetallics 8 (2000) 1321÷1327.
• [5] Cui1 C. Y., Guo J. T., Qi1 Y. H., Ye H. Q.: High temperature embrittlement of nial alloy induced by hot isostatic pressing (hiping) and aging. Scripta Materialia 44 (2001) 2437÷2441.
• [6] Ozdemir O., Zeytin S., Bindal C.: A study on NiAl produced by pressureassisted combustion synthesis. Vacuum 84 (2010) 430÷437.
• [7] Miura S., Hong Y.-M., Suzuki T., Mishima Y.: Liquidus and solidus temperatures of Ni-solid solution in Ni–Al–X (X: Ti, Zr, and Hf) ternary systems. Journal of Phase Equilibria 20 (1999) 193÷198.
• [8] Klower J., Brill U., Hueber U.: High temperature corrosion behaviour of nickel aluminides: effects of chromium and zirconium. Intermetallics 7 (1999) 1183÷1194.
• [9] Pint B. A., Haynes J. A., Besmann T. M.: Effect of Hf and Y alloy additions on aluminide coating performance. Surface & Coatings Technology 204 (2010) 3287÷3293.
• [10] Wang Y. Q., Suneson M.: Oxidation behavior of Hf-modified aluminide coatings on Haynes-188 at 1050°C. Surface & Coatings Technology 215 (2013) 7÷15.
• [11] Wang Y. Q., Suneson M., Sayre G.: Synthesis of Hf-modified aluminide coatings on Ni-base superalloys. Surface & Coatings Technology 206 (2011) 1218÷1228.