Poprawa odporności na korozję wysokotemperaturową elementów wykonanych ze stopów tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ (TiAl)

• Autorzy: Góral M.

Warianty tytułu

EN

The oxidation resistance improvement of γ (TiAl) intermetallic alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ (TiAl) charakteryzują się dużą względną wytrzymałością na rozciąganie oraz dobrą żaroodpornością do 800°C. Stopy tytanu γ (TiAl) mogą zastąpić więc nadstopy niklu w niektórych ich zastosowaniach, np. łopatki turbiny niskiego ciśnienia silnika lotniczego, wirnik turbosprężarki samochodowej. Jedną z barier w szerokim zastosowaniu tych materiałów są większe koszty wytwarzania w porównaniu z nadstopami niklu. Mała odporność na utlenianie stopów tytanuγ (TiAl) powoduje, że temperatura ich pracy jest <800°C. Podczas ich utleniania powstaje wielowarstwowa zgorzelina złożona z mieszaniny tlenków TiO 2 i Al 2O3. W porównaniu ze zwartą, szczelną zgorzeliną Al 2O3 nie stanowi ona bariery przed dalszym procesem utleniania. Stosowanie dodatków stopowych zwiększających odporność na utlenianie oraz zmniejszających kruchość stopów γ (TiAl) jest mało skuteczne. Analiza danych literaturowych wskazuje, że obecnie poprawę zapewnia wytworzenie na ich powierzchni warstw ochronnych. W pracy przedstawiono charakterystykę stosowanych i opracowywanych metod poprawy odporności na utlenianie i korozję stopów tytanu γ (TiAl). Omówiono metody wytwarzania warstw na stopach γ (TiAl), w szczególności aluminidkowych na osnowie faz TiAl 2 i TiAl3. Przedstawiono aktualnie prowadzone w Polsce badania w tym zakresie oraz tendencje w rozwoju warstw ochronnych na podłożu stopów na osnowie fazy międzymetalicznej.

EN

Titanium alloys based on the γ (TiAl) intermetallic phase are characterized by high relative tensile strength and heat resistance up to a temperature of 800°C. γ (TiAl) titanium alloys can replace nickel superalloys in some of their applications, e.g. low pressure turbine blades of aircraft engines and the rotors of turbochargers applied in the automotive industry. High manufacturing costs are one of the limitations in the application of those materials in comparison to nickel superalloys. The low oxidation resistance of γ (TiAl) titanium alloys makes their service temperature below 800°C. A multilayer scale consisting of a mixture of TiO 2 and Al2O3 forms during the oxidation process of those alloys. It does not limit the process of further oxidation compared to the compact and tight Al2O3 scale. The application of alloy additions which improve oxidation resistance and decrease the brittleness of γ (TiAl) alloys is not efficient enough. The analysis of literature data indicates that the deposition of a protective layer improves this kind of resistance. The characterization of the used and developed methods of improving the oxidation and corrosion resistance of γ (TiAl) titanium alloys are presented in the paper. The methods of obtaining layers on γ (TiAl) alloys, particularly aluminide layers based on TiAl 2 and TiAl3 phases are described in the paper. The research, currently conducted in Poland concerning this issue and tendencies in the development of protective layers based on alloys on the intermetallic phase are presented.

Słowa kluczowe

PL

stopy tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ (TiAl); powłoki i warstwy ochronne; odporność na utlenianie

EN

TiAl intermetallic alloys; protective coatings; oxidation resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 4
• Strony: 324--327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Góral M.

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

Bibliografia

• [1] Loria E. A.: Quo vadis gamma titanium aluminide. Intermetallics 9 (12) (2001) 997÷1001.
• [2] Dimiduk D. M.: Gamma titanium aluminide alloys – an assessment within the competition of aerospace structural materials. Materials Science and Engineering A263 (2) (1999) 281÷288.
• [3] Tetsui T.: Development of a TiAl turbocharger for passenger vehicles. Materials Science and Engineering A329-331 (2002) 582÷588.
• [4] Retallick W. B., Brady M. P., Humprey D. L.: Phosphoric acid surface treatment for improved oxidation resistance of gamma titanium aluminides. Intermetallics 6 (1998) 335÷337.
• [5] Yang M. U., Wu S. K.: The improvement of high-temperature oxidation of Ti-50Al by anodic coating in the phosphoric acid. Acta Materialia 50 (2002) 691÷701.
• [6] Haanappel V. A. C., Stroosnijder M. F.: Ion implantation technique as research tool for improving oxidation behaviour of TiAl based intermetallic alloys. Surface Engineering 15 (2) (1999) 119÷125.
• [7] Lei M. K., Zhu X. P., Wang X. J.: Oxidation resistance of ion-implanted γ-TiAl base intermetallics. Oxidation of Metals 58 (3/4) (2002) 361÷374.
• [8] Taniguchi S., Uesaki K., Zhy Y. C., Matsumoto Y., Shibata T.: Influence of implantation of Al, Si, Cr or Mo ion on the oxidation behaviour of TiAl under thermal cyclic conditions. Materials Science and Engineering A266 (1999) 267÷275.
• [9] Li X. Y., Taniguchi S.: Oxidation behaviour of a γ-TiAl-based alloy implanted by silicon and/or carbon. Materials Science Engineering A398 (1-2) (2005) 268÷274.
• [10] Hornauer U., Richter E., Matz W., Reuther H., Mucklich A., Wieser E., Moller W., Schumacher G., Shutze M.: Microstructure and oxidation ki netics of intermetallic TiAl after Si and Mo ion implantation. Surface and Coatings Technology 128-129 (2000) 418÷422.
• [11] Li X. Y., Taniguchi S., Zhu Y. C., Fujita K., Iwamoto N., Matsunaga Y., Nakagawa K.: Oxidation behaviour of TiAl protected by Si-Nb combined ion implantation. Intermetallics 9 (2001) 443÷449.
• [12] Tang Z., Wang F., Wu W.: The effects of several coatings on cyclic oxidation resistance of TiAl intermetallics. Surface and Coatings Technology 110 (1-2) (1998) 57÷61.
• [13] Moskal G., Góral M., Swadźba L.: Struktura powłokowych barier cieplnych (TBC) na stopie gamma-TiAl. Nowe Technologie i Materiały w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, XII Seminarium Naukowe, Katowice, 7 maja (2004) 195÷198.
• [14] Gauthier V., Dettenwanger F., Schütze M.: Oxidation behaviour of γ-TiAl coated with zirconia thermal barriers. Intermetallics 10 (7) (2002) 667÷674.
• [15] Leyens C., Braun R., Frohlich M., Hovsepian Ph. Eh.: Recent progress in the coating protection of gamma-titanium aluminides. Journal of Materials 58 (1) (2006) 17÷21.
• [16] Katsman A., Glinzburg W. T., Cohen I., Levin L.: Nickel-aluminide coating of TiAl by two-stage process. Surface and Coatings Technology 127 (2000) 220÷223.
• [17] Munoro T. C., Gleeson B.: The deposition and oxidation resistance of aluminide coatings on γ-TiAl. Materials Science Forum 251-254 (1997) 753÷760.
• [18] Xiang Z. D., Rose S., Datta P. K.: Pack deposition of coherent aluminide coatings on γ-TiAl for enhancing its high temperature oxidation resistance. Surface and Coatings Technology 161 (2002) 286÷292.
• [19] Kim K. Y.: Effect of ternary elements on oxidation behaviour of aluminized TiAl alloys. Oxidation of Metals 58 (1/2) (2002) 197÷216.
• [20] Dalibor V., Bartova B., Kubatik T.: High temperature oxidation of titanium-silicon alloys. Materials Science and Engineering A364 (2003) 50÷57.
• [21] Xiang Z. D., Rose S. R., Burnell-Gray J. S., Datta P. K.: Co-deposition of aluminide and silicide coatings on γ-TiAl by pack cementation process. Journal of Materials Science 38 (1) (2003) 19÷28.
• [22] Xiang Z. D., Rose S. R., Datta P. K.: Vapour phase co-deposition of Al and Si to form diffusion coatings on γ-TiAl. Materials Science and Engineering A356 (1-2) (2003) 181÷189.
• [23] Xiong Z. D., Rose S. R, Datta P. K.: Diffusion coatings resistant to oxidation for γ-TiAl by pack co-deposition of Al and Si. Materials Science and Technology 19 (2002) 1247÷1252.
• [24] Xiang Z. D., Rose S. R., Datta P. K.: Oxidation resistance of diffusion coatings formed by pack-codeposition of Al and Si on γ-TiAl. Journal of Materials Science 39 (6) (2004) 2099÷2106.
• [25] Xiong H. P., Mao W., Xie Y. H., Cheng Y. Y., Li X. H.: Formation of silicide coatings on the surface of a TiAl-based alloy and improvement in oxidation resistance. Materials Science and Engineering A391 (1-2) (2005) 10÷18.
• [26] Swadzba L., Maciejny A., Mendala B., Moskal G., Jarczyk G.: Structure and resistance to oxidation of an Al-Si diffusion coating deposited by Arc-PVD on a TiAlCrNb alloy. Surface and Coatings Technology 165 (3) (2003) 273÷280.
• [27] Moskal G., Góral M., Swadźba L., Mendala B.: Characterization of TiAlSi coating deposited by Arc-PVD method on TiAlCrNb intermetallic base alloy. Defect and Diffusion Forum 237-240 (2005) 1153÷1156.
• [28] Swadźba L., Moskal G., Hetmańczyk M., Mendala, B., Jarczyk G.: Longterm cyclic oxidation of Al-Si diffusion coatings deposited by Arc-PVD on TiAlCrNb alloy. Surface and Coatings Technology 184 (1) (2004) 93÷101.
• [29] Goral M., Swadźba L., Moskal G., Hetmańczyk M., Tetsui T.: Si-modified aluminide coatings deposited on Ti46Al7Nb alloy by slurry method. Intermetallics 17 (11) (2009) 965÷967.
• [30] Stawarski A., Żurek A., Szkliniarz W., Sieniawski J.: Powłoki metaliczne na stopach tytanu. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 650÷622.
• [31] Goral M., Moskal G., Swadzba L.: Gas phase aluminizing of TiAl intermetallics. Intermetallics 17 (8) (2009) 669÷671.
• [32] Goral M., Swadzba L., Moskal G., Jarczyk G., Aguilar J.: Diffusion aluminide coatings for TiAl intermetallic turbine blades. Intermetallics 19 (5) (2011) 744÷747.

Uwagi

PL

Badania realizowane są w ramach programu Iuventus Plus finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.