Odporność na utlenianie powłoki AlCrN naniesionej metodą PVD na stop Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,1Si-0,2Ni

• Autorzy: Małecka Joanna

Warianty tytułu

EN

Oxidation resistance of AlCrN coating deposited with PVD method onTi-46Al-7Nb-0.7Cr-0.1Si-0.2Ni alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy, których mikrostrukturę stanowią uporządkowane fazy międzymetaliczne z układu Ti-Al stanowią perspektywiczny materiał inżynierski. W stopach tych zawierających 48+52% at. Al uzyskuje się szereg cennych właściwości, lecz nadal poszukuje się metod umożliwiających zwiększenie odporności na wysokotemperaturowe utlenianie. Niewystarczająca odporność na utlenianie jest spowodowana brakiem ochronnej warstwy AIŻO3. W warunkach wysokotemperaturowego utleniania stopy te charakteryzują się skłonnością do wytwarzania na powierzchni warstwy złożonej Z rutylu TiO2 (rys. 10), który nie gwarantuje właściwości ochronnych. Celem zapewnienia wysokotemperaturowej eksploatacji tych materiałów perspektywiczne wydaje się stosowanie odpowiednich powłok ochronnych. W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na utlenianie izotermiczne stopu Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0, 1 Si-0,2Ni Z naniesioną powłoką AlCrN. Materiałem referencyjnym był stop Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,1Si-0,2Ni w stanie wyjściowym, bez naniesionej powłoki. Powłoka ochronna została naniesiona w procesie PVD. Próby izotermicznego utleniania w powietrzu przeprowadzono w temperaturze 900 i 950°C przez 250 h (rys. 9). Dokonano analizy uzyskanych wyników: składu chemicznego i fazowego naniesionej powłoki (rys. 5 18) oraz składu chemicznego powierzchni stopu z naniesioną powłoką po próbach utleniania (rys. 12 I 17). W przypadku utleniania stopu w stanie wyjściowym stwierdzono wyraźnie większe przyrosty masy i „zwłoczne” odpryskiwanie zgorzeliny. Naniesiona powłoka AlCrN zdecydowanie ograniczyła procesy odpryskiwania zgorzeliny oraz przyczyniła się do mniejszego przyrostu masy utlenianego stopu.

EN

Alloys with a microstructure consisting of ordered intermetallic Ti-Al phases are considered a prospective engineering material. These alloys, with a 48+52% at. Al content, allow one to obtain valuable properties, however, the methods for improving their resistance to high temperature oxidation are still being researched. Insufficient oxidation resistance is caused by the lack of a protective layer ofAIŻO3. In high temperature oxidation, these alloys are characterized by a tendency to form a surface layer consisting of rutile TiO2 (Fig. 10), which does not provide protective properties. In order to ensure high temperature application of these materials, using appropriate protective layers seem to be necessary. This article presents the results of research on the resistance to isothermal oxidation of Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,lSi-0,2Ni alloy with an applied AlCrN layer. The reference material was a Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,lSi-0,2Ni alloy in its initial state without any coating deposited. The protective coating was deposited by the PVD process. Attempts at isothermal oxidation in air were performed at 900 and 950°C during 250 h (Fig. 9). An analysis of the obtained results was made: chemical composition analysis, phase analysis of the deposited coating (Fig. 5 I 8) and chemical composition analysis of the alloy surface with the coating deposited after oxidation tests (Fig. 121 17). In the case of the alloy oxidation in the initial state, pronouncedly higher mass growth and “deferred” scale chipping were noticed. The deposited AlCrN coating significantly reduces spalling processes and makes for lesser mass growth of the oxidized alloy.

Słowa kluczowe

PL

intermetaliki; korozja wysokotemperaturowa; utlenianie; powłoka

EN

intermetallics; high temperature corrosion; oxidation; coating

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 13--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Małecka Joanna

• Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Opolska

Bibliografia

• [1] Loria E. A.: Gamma titanium aluminides as prospective structural materials. Intermetallics 8 (2000) 1339÷1345,
• [2] Szkliniarz W.: Materiały metalowe z udziałem faz miedzymetalicznych. Pod redakcja Zbigniewa Bojara i Wojciecha Przetakiewicza, Warszawa (2006) 84÷86.
• [3] Hemas A.: Zarowytrzymałość stali i stopów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice(1999).
• [4] Król S, Prazmowski M.: Wysokotemperaturowe utlenianie stopów na osnowie fazy gamma-TiAl: tworzenie warstwy tlenkowej. Inżynieria Materiałowa 3 (2006) 456÷459.
• [5] Yoshihara M., Kim Y. W.: Oxidation behaviour of gamma alloys designed for high temperature applications. Intermetallics 13 (9) (2005) 952÷958.
• [6] Shen Y., Ding Wang F.: High temperature oxidation behaviour ofTi-Al-Nb ternary alloys. Journal of Materials Science 39 (2004) 6583÷6589.
• [7] Huang L., Liaw P. K., Liu C. T.: Microstructural evolution of TiAl-intermetallic alloys containing tungsten and boron. Oak Ridge National Laboratory, Managed by UT Battelle for the Department of Energy, Proceedings Paper, Session II, 13 June (2005).
• [8] Toshio N., Takeshi I., Yatagai M., Yoshioka T.: Sulfidation processing and Cr addition to improve oxidation resistance of TiAl intermetallics in air at 1173 K. Intermetallics 8 (2000) 37l÷379.
• [9] Kim B. G, Kim G. M., Kim C. J.: Oxidation behaviour ofTiAl-X (X = Cr, V, Si, Mo or Nb) intermetallics at elevated temperature. Scripta Metallurgica et Materialia 33 (7) (1995) 1117÷1125.
• [10] Król S.: Cykliczne utlenianie wieloskładnikowych stopów na osnowie fazy y-TiAl z dodatkiem Ta. Ochrona przed Korozją lls/A (2005) 194÷198.
• [11] Wu Y., Hagihara K., Umakoshi Y.: Improvement of cyclic oxidation resistance ofY-containing TiAl-based alloys with equiaxial gamma microstructures. Intermetallics 13 (2005) 879÷884.
• [12] Shmet V., Yurechko M., Tyagi A. K., Quadakkers W. J., Singheiser L.: The infiuence ofNb and Zr additions on the high temperature oxidation mechanism of y-TiAl alloys in Ar/O2. Gamma Titanium Aluminides 1999, [in:] Y.-W. Kim, D. M. Dimiduk, M. H. Loretto (Eds.), The Minerals, Metals & Materials Society (1999) 783÷790.
• [13] Król S., Małecka J., Zemčik L.: Oddziaływanie niobu na przebieg utleniania stopów na osnowie fazy miedzymetalicznej y-TiAl. Ochrona przed Korozja 11s/A (2007) 124÷128.
• [14] Małecka J., Grzesik W., Hemas A.: An investigation on oxidation wear mechanisms of Ti-46Al-7Nb-0.7Cr-0.1Si-0.2Ni intermetallic-based alloys. Corrosion Science 52 (2010) 263÷272.
• [15] Tang Z., Wang F., Wu W.: Effect of Al2O3 and enamel coatings on 900°C oxidation and hot corrosion behaviours of gamma-TiAl. Materials Science and Engineering A276 (2000) 70÷75.
• [16] Swadźba L., Moskal G., Hetmańczyk M., Mendala B., Jarczyk G.: Longterm cyclic oxidation of Al-Si diffusion coatings deposited by Arc-PVD pn TiAlCrNb alloy. Surface and Coatings Technology 184 (2004) 93÷101.
• [17] Liu Z., Wang G.: Imprevement ofoxidation resistance of y-TiAl at 800 and 900C in air by TiAl2 coatings. Materials Science and Engneering A 397 (2005) 50÷57.
• [18] Fox-Rabinovich G. S., Wilkinson D. S., Veldhuis S. C., Dosbaeva G. K., Weatherly G. C.: Oxidaion resistance Ti-Al-Cr alloy for protective coating applications. Intermetallics 14 (2006) 189÷197.
• [19] Izumi T., Nishimoto T., Narita T.: Superior long-term oxidation resistance ofNi-Al coated TiAl alloys. Intermetallics 13 (2005) 727÷732.
• [20] Król S.: Mechanizm i kinetyka utleniania tytanu oraz wybranych stopów tytanu. Studia i monografie, Wyzsza Szkoła Inżynierska w Opolu, Opole (1995).
• [21] Birks N., Meier G. H.: Introduction to high temperature oxidations of metals. Edward Amold Ltd. London (1983) 93÷94.
• [22] Król S.: Utlenianie stopów Ti-Al na osnowie faz międzymetalicznych. Politechnika Opolska, Studia i monografie, z. 188, Opole (2006).
• [23] Zhu M., Li M., Zhou Y.: Oxidation resistance ofCrl _xAlxN(0.18 S x S 0.47) coatings on K3 8G superalloy at 1000÷1100°C in air. Surface Coating and Technology 201 (2006) 2878÷2886.