Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The formation of Al-Si aluminide coatings by pack cementation method on TNM-B1 intermetallic alloy

Woźniak Mateusz, Góral Marek, Kościelniak Barbara

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2023

|

Vol. 40, nr 1

79--86

EN

The TiAl intermetallics are the promising material for aerospace application. According to its insufficient oxidation resistance above 900°C the using of protective coatings is necessary. The diffusion aluminide coatings based on TiAl2 or TiAl3 phases permits to formation of alumina scale on the surface of TiAl alloys. The pack cementation with Si doping is one of the most popular method of this type of coatings production. In present article the influence of Si content in the pack, process time and temperature during pack cementation process were investigated. The thickness of obtained coating was in range 20-50 μm. When Si content was higher the formation of titanium silicides was observed using almost all analysed values of process parameters. The results showed that using of 24 wt. % Si containing pack and process parameters: 4h/950°C enables to obtain the coating characterized by optimal thickness and structure. The porosity and cracks in coatings according to TiAl phases brittleness was observed.

PL

Fazy międzymetaliczne TiAl są obiecującym materiałem do zastosowań w lotnictwie. Ze względu na niedostateczną odporność na utlenianie powyżej 900°C konieczne jest stosowanie powłok ochronnych. Dyfuzyjne powłoki aluminidkowe na bazie faz TiAl2 lub TiAl3 pozwalają na tworzenie się zgorzeliny tlenku aluminium na powierzchni stopów TiAl. Aluminiowanie metodą kontaktowo gazową z wprowadzaniem Si jest jedną z najpopularniejszych technik wytwarzania tego typu powłok. W niniejszym artykule zbadano wpływ zawartości Si w powłoce w zależności od czasu trwania procesu oraz temperatury. Grubość otrzymanej powłoki zawierała się w przedziale 20-50 μm. Gdy zawartość Si była wyższa, obserwowano powstawanie krzemków tytanu przy prawie wszystkich analizowanych wartościach parametrów procesu. Wyniki pokazały, że użycie proszku zawierającego 24% wag. % Si oraz czasu i temperatury 4h/950°C pozwala na uzyskanie powłoki charakteryzującej się optymalną grubością i strukturą. Zaobserwowano porowatość i spękania powłok.

2

The formation of Si-aluminide coating formed by plasma spraying and subsequent diffusion annealing on Ti-Al-7Nb intermetallic alloy

Góral M., Monteiro P.C., Sosnowy C., Woźniak M., Kubaszek T., Kościelniak B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2022

|

Vol. 117, nr 2

49--56

EN

Purpose: In the article, the kinetic growth phenomena of aluminide coating formed by plasma spraying pure Al-Si powder and subsequent diffusion annealing on TiAl intermetallic alloy in inert atmosphere were investigated. Design/methodology/approach: The Al-Si powder was thermal sprayed (APS) on TiAl7Nb intermetallic alloy and annealed in Ar atmosphere during 5, 15, 30, 60, 240 and 480 min. The kinetic growth of the coating was observed using the scanning electron microscopy method (SEM), and chemical composition was analysed using the EDS method. Findings: The Kirkendall Effects pores formation, as well as titanium silicides on the grain boundary of TiAl3, was found. Research limitations/implications: The oxidation resistance of the developed coating might be analysed in further work. Practical implications: The developed coating might be used for the production of protective aluminide coatings on TiAl intermetallic alloys. Originality/value: The description of aluminide coating formation in a new technological process.

3

Microstructure and positron lifetimes of zirconium modified aluminide coatings

Romanowska J., Dryzek E., Morgiel J., Siemek K., Kolek Ł., Zagula-Yavorska M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1150--1155

EN

The microstructure of the zirconium modified and non-modified aluminide coatings was examined by the EDS, XRD, TEM and the positron annihilation spectroscopy methods. Both coatings have a double layer structure: β-NiAl phase on the top and γ′-Ni3Al below. Small zirconium nanoparticles were found along grain boundaries in the β-NiAl phase. The positron lifetime in both coatings is the same. The formation of zirconium precipitates neither affects, the number of defects nor the volume diffusion. Zirconium nanoparticles that precipitate along grain boundaries stand against the outward diffusion of Al ions through the coating to the coating/oxygen interface. This “blocking effect” may be responsible for the reduction of the alumina scale growth rate and may delay pore formation on the coating/oxygen interface.

4

Effect of Pd and Hf co-doping of aluminide coatings on pure nickel and CMSX-4 nickel superalloy

Romanowska J., Morgiel J., Kolek Ł., Kwolek P., Zagula-Yavorska M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1421--1429

EN

Microstructure of palladium and hafnium co-doped aluminide coatings deposited on pure nickel and CMSX4 nickel super alloy by the CVD method was examined by the SEM and TEM methods. Both coatings have a double layer structure: additive and interdiffusion zones. The additive zone is formed by the hafnium doped β-(Ni,Pd)Al phase. The interdiffusion zone on pure nickel contains the palladium and hafnium doped γ′-Ni3Al phase, whereas that on CMSX-4 superalloy the hafnium doped β-(Ni,Pd)Al phase with precipitations of Topologically Closed-Pack phases (μ and σ) and Al2O3 at adhesive/interdifusion zones interfaces. Palladium is distributed uniformly in whole coatings. Hafnium forms precipitates that are situated in a Hf-rich belt. In both coatings this belt is in the additive layer, near the line of porosity and Al2O3 precipitates. Palladium and hafnium modified aluminide coatings show better oxidation resistance than those modified only with palladium.

5

Possibilities of using aluminide coating modifications by nickel galvanizing with introduction of additional elements: CR, SI and ZR

Góral M., Nieużyła Ł., Pytel M., Simka W., Kubaszek T.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2018

|

Vol. 42, nr 1-4

87--96

EN

The basic method of surface protection for aviation engine components manufactured from nickel super alloys is diffusion aluminization. There are four methods of forming aluminide coatings: pack cementation, above the pack, slurry, and chemical vapor deposition (CVD). The aluminide coatings are modified with various elements, e.g. Pt, Pd, Hf, Zr, Si, Cr, Y, etc. The paper show results of experiments on the use of electrochemical processes in which the modifying elements are introduced in the form of powder for galvanic bath. These processes have been combined with low-activity and high-activity aluminization, as well as zircon doping in the CVD process. It has been shown that the aluminide coatings formed in the high-activity process are characterized by Al>50% at. content. The aluminide coatings formed in the low-activity process were composed of an outer zone composed of a NiAl phase with an aluminum content <50% at. and the diffusion zone. The aluminide coatings formed during low-activity zircon doping have similar structure. The content of elements introduced with nickel was low (up to several %), which does provide for a desired increase in heat resistance of the modified coatings.

PL

Aluminiowanie dyfuzyjne jest podstawowym procesem wprowadzonym do ochrony powierzchni elementów części gorącej silników lotniczych wytwarzanych z nadstopów niklu. Warstwy aluminidkowe wytwarzane są w procesach: kontaktowo-gazowym (ang. pack cementation), gazowym bezkontaktowa (ang. above the pack), zawiesinowowym (ang. slurry) i chemicznym osadzaniu z fazy gazowej CVD (ang. Chemical Vapour Deposition). Warstwy aluminidkowe dla zwiększenia ich żaroodporności modyfikowane są pierwiastkami m.in. Pt, Pd, Hf, Zr, Si, Cr, Y. W artykule przedstawiono analizę wyników badań warstw aluminidkowych, w których pierwiastki modyfikujące wprowadzono w postaci proszku do kąpieli galwanicznej w trakcie procesu niklowania. Procesy te połączono z aluminiowaniem nisko- i wysokoaktywnym, a także cyrkono-aluminiowaniem w procesie CVD. Wykazano, że warstwy aluminidkowe wytworzone w procesie wysokoaktywnym charakteryzują się zawartością Al >50% at. W warstwie aluminidkowej wytworzonej w procesie niskoaktywnym wyodrębniono strefę zewnętrzną - kryształów fazy NiAl o zawartości Al <50% at. oraz strefę dyfuzyjną. Zbliżoną budowę miały warstwy aluminidkowe wytworzone w trakcie cyrkono-aluminiowania niskoaktywnego. Stwierdzono małe zawartości pierwiastków wprowadzanych wraz z niklem (do kilku %).

6

The Ni-Al-Hf Multiphase Diffusion

Romanowska J., Wierzba B., Markowski J., Zagula-Yavorska M., Sieniawski J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

587--592

EN

The generalized Darken method was applied to simulate the diffusion between γ-Ni| γ’-Ni3Al and γ’-Ni3Al|β-NiAl interfaces. The results of calculations were compared with the experimental concentration’s profiles of nickel, aluminum and hafnium in aluminide and hafnium doped aluminide coatings deposited by the CVD and PVD methods on pure nickel. The method deals with the Wagner’s integral diffusion coefficients and thermodynamic data - activities of components. The experimental results agree with the simulated ones.

7

Wpływ warunków aluminiowania metodą CVD z użyciem dodatkowego generatora wewnętrznego na mikrostrukturę wytworzonych warstw

Nowotnik A., Góral M., Pytel M., Dychtoń K., Rokicki P., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

509--512

PL

Aluminiowanie metodą CVD należy do najbardziej zaawansowanych procesów obróbki powierzchniowej łopatek turbin gazowych i silników lotniczych. Rosnące znaczenie dyfuzyjnych warstw aluminidkowych jako międzywarstw dla powłokowych barier cieplnych (TBC) determinuje prowadzenie badań nad opracowaniem warstw zapewniających najlepszą możliwą przyczepność tworzącej się warstwy tlenku aluminium w powłokach TBC z warstwami ceramicznymi osadzanymi metodami LPPS lub EB- -PVD. W badaniach jako materiał podłoża zastosowano czysty nikiel (jako materiał modelowy) oraz żarowytrzymały stop niklu MAR M200 + Hf. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu warunków prowadzenia wysokoaktywnego procesu CVD na mikrostrukturę i skład chemiczny powstaj ącej warstwy aluminidkowej. Proces wytwarzania prowadzono w urządzeniu Bernex BPX Pro 325S z zastosowaniem dodatkowych granul Al-Cr umieszczonych w wewnętrznym generatorze jako wysokotemperaturowe źródło aluminium. W trakcie prób zmianie podlegała temperatura oraz czas aluminiowania. Przepływ gazów, tj. chlorowodoru i wodoru dla wszystkich procesów był stały. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono nietypowy mechanizm tworzenia się i wzrostu dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej, który ma charakter pośredni pomiędzy modelem wysokoaktyvvnym a niskoaktywnym. Badania mikrostruktury warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu czystego niklu wykazały obecność trzech charakterystycznych stref. Wydłużenie czasu oraz wzrost temperatury spowodował znaczne zwiększenie grubości dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej. Badania mikrostruktury Warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu stopu MAR M200 + Hf w tym samym czasie procesu przy zróżnicowanej temperaturze wykazały ich odmienną budowę. Mechanizm wzrostu warstwy aluminidkowej jest zależny od zawartości aluminium w źródle (granule Al-Cr).

EN

Aluminizing process by CVD method belong to the most advanced surface treatment processes of gas turbine and aircraft engine blades. Growing application of aluminides diffusion layers as bond coat for thermal barrier coatings (TBC) cause more and more researches directed on ﬁnding layer which can ensure the best possible adhesion between bond coat and top coat in the TBC system formed by LPPS or EB-PVD. In the study pure nickel and high-temperature nickel-based superalloy MAR M200 + Hf were used as initial substrate materials. In the research results of various CVD aluminizing process parameters inﬁuence on microstructure and chemical composition of created aluminides coatings was presented with in-depth analysis. The aluminizing process was carried out in Brenex BPX Pro 325S machine with addition ofAl-Cr granules contained in the internal generator as a high-temperature source of aluminum. During the research different temperature and time of aluminizing were applied. The ﬂow of gases such as hydrogen chloride and pure hydrogen for all processes was constant. During the study an unusual mechanism of aluminides diffusion layer creation and growth has been observed, which has an intermediate characteristics between low-activity and high-activity models. Microstructure observation of aluminides layer formed on pure nickel substrate showed three characteristic zones. Extension of time and increase in temperature resulted in a signiﬁcant increase of the diffusion layer depth. Microstructure observation of aluminides layer formed on MAR M200 + Hfwith the same process time at different temperature showed their distinct structure. Aluminides layer growth mechanism is dependent on the aluminum content in the source material (granules Al-Cr).

8

Wpływ długotrwałego wyżarzania na mikrostrukturę dyfuzyjnych warstw aluminidkowych wytwarzanych metodą CVD na podłożu stopu MAR M200 + Hf

Góral M., Zawadzki M., Pytel M., Dychtoń K., Nowodnik A., Filip R.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

695--698

PL

W artykule przedstawiono wpływ długotrwałego wyżarzania dyfuzyjnych warstw aluminidkowych w próżni na ich mikrostrukturę, grubość, skład chemiczny i fazowy. W badaniach użyto próbek z żarowytrzymałego stopu niklu MAR M200 + Hf, które poddano aluminiowaniu oraz cyrkono-aluminiowaniu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD. Wyżarzanie prowadzono w piecu próżniowym pod ciśnieniem 10–3 Pa w temperaturze 1020°C przez 12, 16 i 20 godzin. Przeprowadzone próby wyżarzania dyfuzyjnego próbek ze stopu MAR M200 + Hf z warstwą aluminidkową wykazały duże zmiany zachodzące w ich mikrostrukturze. Zachodziły one w następującej kolejności: – po 12 h wyżarzania zaobserwowano początek koagulacji wydzieleń w strefie dyfuzyjnej, – po 16 h doszło do dalszej koagulacji wydzieleń w strefie dyfuzyjnej oraz niewielkiego zmniejszenia stężenia aluminium w powłoce (o ok. 1%); stwierdzono niewielki wzrost grubości całkowitej warstwy, – po 20 h wyżarzania zaszły duże zmiany w mikrostrukturze warstwy; zubożenie obszaru przypowierzchniowego w aluminium do ok. 24% at., poniżej zawartość aluminium rosła do ok 30%; poszerzenie strefy dyfuzyjnej, która dominuje w budowie warstwy, rozpuszczenie niektórych wydzieleń; zawartość Al w pobliżu podłoża – ok 24% at. Przeprowadzone badania wykazały, że w pierwszej kolejności przemianie podlega strefa dyfuzyjna, a następnie dochodzi do zmian w strefie zewnętrznej zbudowanej początkowo z fazy β-NiAl, w tym utworzenia fazy Ni3Al.

EN

The paper presents the influence of long-term annealing on simple and Zr-modified aluminide coatings. The base material was MAR M-200 nickel superalloy. The aluminide coating was deposited in low-activity chemical vapour deposition process. The samples (14 mm diameter) were annealed at 1020°C in vacuum for 12, 16 and 20 hours respectively. The tests of diffusion annealing showed significant changes in microstructure of the samples. The order of changes was as follows: – after the 12-hour-long annealing process initial coagulation of precipitates in the diffusion zone was observed, – after the 16-hour-long annealing process there was observed further coagulation of precipitates and a small decrease in aluminum concentration in the coating (by approx. 1%). A small increase in thickness of the coating was also noted, – after the 20-hour-long annealing process extensive changes in microstructure of the coating were observed. The increasing of external zone thickness was observed. The presence of grains with lower Al amount was detected. It suggest the presence of Ni3Al phase in the coating. The very low amount of Zr had not influence on changes in modified aluminide coating during annealing.

9

Thermal stability of protective coatings produced on nickel based superalloy

Pytel M., Góral M., Motyka M., Miziniak T

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 51, nr 2

67--77

EN

Purpose: In this paper the results of high temperature cyclic oxidation tests of the protective diffusion coatings were presented. One of the main purposes of this work was to produce three different types of protective coatings by three different methods, i.e. slurry method, vapour phase aluminizing (VPA) and chemical vapour deposition (CVD), applied on nickel based Rene 80 superalloy substrate. Design/methodology/approach: The high temperature cyclic oxidation tests were carried out in 23h cycles at constant temperature 1100°C using Carbolite CWF 1300 chamber furnace. The samples were removed outside and were weighted after each cycle. The microstructure investigations of all kinds of the coatings were conducted by the use of light microscope (Nikon Epiphot 300) and a scanning electron microscope (Hitachi S-3400N). In the analysis influence of each method have been taken into consideration, i.e. especially influence of the kind of process on microstructure, coating thickness, chemical composition, first of all aluminium content (in outer β-NiAl layer so-called additive layer, diffusion layer and substrate). For the chemical composition examination x-ray energy dispersive (EDS) method was applied using Thermo equipment. Findings: It was found that the best high cyclic oxidation resistance of coating was obtained using CVD method (the maximal increase of samples weight after 28th cycle was observed, whereas in case of the slurry sample after 3rd and VPA after 5th). Research limitations/implications: The research results will be used in the future in order to increase coating thickness, aluminium content and to produce Pt, Pd, Zr, Hf and Si modified aluminide coatings. Practical implications: The CVD method will be used to coat internal passages of turbine blades, for example to produce modified aluminide bond coats on single crystal nickel based superalloys. Originality/value: Chemical vapour deposition is an unique method which is a “pure method” and allows to coat hardly accessible locations/areas.

10

Oxidation behaviour of palladium modified aluminide coatings deposited by CVD method on nickel-based superalloys under air atmosphere

Zagula-Yavorska M., Kubiak K., Sieniawski J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 55, nr 2

848--854

EN

Purpose: In this paper the oxidation resistance of palladium modified aluminide coatings deposited by CVD method on nickel-based superalloy was evaluated. Design/methodology/approach: Palladium coatings 3 and 7 μm thick were deposited by the electroplating process. The heat treatment of electroplating coatings at the temperature 1050 °C for 2 h under argon atmosphere was performed. Low activity CVD aluminizing process of palladium heat treated coatings (3 and 7 μm thick) at the 1050°C for 8 h using IonB ond equipment was performed. Oxidation resistance was evaluated at 1100°C for 1000 h in air atmosphere using furnace of Czylok company. The microstructure investigations of palladium modified aluminide coatings were conducted by the use of optical microscope (Nikon Epiphot 300) and a scanning electron microscope (Hitachi S-3400N) equipped with an Energy Dispersive Spectroscope EDS (VOYAGER of NORAN INSTRUMENTS). The phase composition was identified by X-ray (ARL X’TRAX) diffractometer. The surface roughness parameter - Ra of modified aluminide coatings was evaluated by Perthometer S2 MAHR equipment. Findings: The microstructure of palladium modified aluminide coatings (3 and 7 μm thick) consists of (Ni,Pd)Al phase and two zones: outer and internal one. Low activity CVD aluminizing at 1050 °C for 8 h causes the increase of surface roughness parameter of modified coatings. The increase of platinum thickness from 3 to 7 μm causes a greater surface roughness of aluminide coatings. On the ground of the obtained results, it was found that palladium modification of aluminide coatings to increases the oxidation resistance of CMSX 4 Ni-base superalloy. Practical implications: The palladium modified aluminide coatings are used as an alternative for platinum modified aluminide coatings in turbine blades of aircraft engines. Originality/value: It was proved that palladium modification of aluminide coatings has a positive effect on the oxidation resistance of CMSX 4 Ni-base substrate.

11

Żaroodporne warstwy Al-Si wytworzone metodą zawiesinową na podłożu nadstopu niklu Inconel 617

Kochmańska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

609--612

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań prowadzonych nad opracowaniem procesu wytwarzania metodą zawiesinową żaroodpornych warstw Al-Si na podłożu nadstopu niklu Inconel 617. Elementy z naniesioną zawiesiną wygrzewano w piecu w atmosferze powietrza. Warstwy wytwarzano, stosując temperaturę wygrzewania 1000°C i 1100°C oraz czas wygrzewania 3 i 6 godzin. Wytwarzane warstwy cechuje budowa dwustrefowa. Dla uzyskanych warstw określono skład fazowy i chemiczny oraz morfologię składników fazowych mikrostruktury. Wykonano także pomiary grubości i twardości wytworzonych warstw.

EN

This paper presents results of research of aluminium-silicon coatings created by slurry method on nickel alloy Inconel 617. Samples covered with the slurry were annealed in air atmosphere. Technological parameters of coatings manufacturing were changed, i.e. annealing temperature 1000 and 1100°C, and time 3 or 6 h. The structure of obtained coatings is double-layer. The obtained coatings were investigated using: SEM, EDS, XRD methods. The thickness and microhardness tests of coatings were also performed.

12

Problemy degradacji oraz modyfikacji hafnem aluminidkowych powłok ochronnych na elementach turbin silników lotniczych

Swadźba L., Hetmańczyk M., Mendala B.

Problemy Eksploatacji

|

2011

|

nr 4

53-64

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad strukturą powłok aluminidkowych na wybranych stopach żarowytrzymałych wytwarzanych metodą gazową (out of pack) oraz fizycznego osadzania PVD. Przedstawiono wpływ parametrów otrzymywania powłok na stopach Inconel 100 oraz Mar M 247. Wykazano zależność pomiędzy składem chemicznym stopów a strukturą oraz rozmieszczeniem pierwiastków w powłoce aluminidkowej. Wyniki badań odporności na cykliczne utlenianie powłok aluminidkowych na stopach wykazały, że najwyższą odpornością charakteryzuje się powłoka na stopie Mar M 247. Przedstawiono wyniki badań łopatek z powłokami powłok w testach silnikowych. Przeprowadzono analizę zmian na powierzchni łopatek kierujących oraz degradacji struktury w charakterystycznych przekrojach poprzecznych łopatek kierujących. Wykazano, że obszarem szczególnie narażonym na złuszczenia powłoki jest obszar wysokiego ciśnienia. Analiza degradacji struktury powłok po testach silnikowych wskazuje na lokalny charakter ataku korozyjnego. W produktach korozji stwierdzono podwyższoną zawartość siarki oraz cynku. Przedstawiono możliwość zwiększenia odporności na cykliczne utlenianie powłok aluminidkowych przez ich modyfikację hafnem. Wykazano możliwość wprowadzania hafnu do powłok aluminidkowych metodą Arc-PVD.

EN

The article presents structure investigation results of aluminide coatings deposited on heat-resistant alloys using gas phase method (out of pack) and physical vapor deposition (PVD). It describes the influence of deposition process parameters on the coatings applied on Inconel 100 and Mar M 247 alloys. A dependence of alloys' chemical composition on the structure and elements distribution of the aluminide coatings has been revealed. Cyclic oxidation tests of aluminide coatings on these alloys proved that the coating on Mar M 247 alloy exhibits the highest durability. Engine test results of coated blades are presented. The conducted analysis concerned the changes occurring on the surface of the vanes as well as structure degradation in the cross sections. It has been revealed that the high pressure area is particularly prone to coating spallation. Degradation analysis of the coatings structure after engine tests indicates a local type of the corrosion attack. An increased amount of sulfur and zinc has been found in the corrosion products. A prospect of aluminide coatings cyclic oxidation resistance increase induced by hafnium modification is presented. Arc-PVD method has been proven to be useable in introducing hafnium to aluminide coatings.

13

Oxidation behaviour of platinum modified aluminide coatings deposited by CVD method on nickel-based superalloys under air atmosphere

Yavorska M., Sieniawski J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 46, nr 2

204--210

EN

Purpose: In this paper the oxidation resistance of platinum modified aluminide coating deposited by CVD method on nickel-based superalloy was evaluated. Design/methodology/approach: Platinum coatings 3 and 7 ^m thick by the electroplating process were deposited. The heat treatment of electroplating coatings at the temperature 1050°C for 2 h under argon atmosphere was performed. Low activity CVD aluminizing process of platinum heat treated coatings (3 and 7^m thick) at the 1050°C for 8 h using IonBond equipment was performed. Oxidation resistance at 1100°C for 1000 h in air atmosphere using furnace of Czylok company was evaluated. The microstructure investigations of platinum and palladium modified aluminide coatings were conducted by the use of optical microscope (Nikon Epiphot 300) and a scanning electron microscope (Hitachi S-3400N) equipped with an Energy Dispersive Spectroscope EDS (VOYAGER of NORAN INSTRUMENTS). The phase composition was identified by X-ray (ARL X’TRAX) diffractometer. The surface roughness parameter -Ra of modified aluminide coatings was evaluated by Perthometer S2 MAHR equipment. Findings: The microstructure of platinum modificated aluminide coatings (3 and 7 m thick) consists of (Ni,Pt)Al phase and two zones: outer and internal one. Low activity CVD aluminizing at 1050°C for 8 h causes the increase of surface roughness parameter of modified coatings. The increase of platinum thickness from 3 to 7 μm lets to get a greater surface roughness parameter of aluminide coatings. On the ground of the obtained results, it was found that platinum modification of aluminide coatings provides to increase of oxidation resistance Ni-based substrates. Practical implications: The platinum modified aluminide coatings are widely used as coatings for turbine blades of aircraft engines. Originality/value: It was proved that platinum modification of aluminide coatings has a positive effect on the oxidation resistance of substrate.

14

Technologia i mikrostruktura powłokowej bariery cieplnej uzyskanej metodami natryskiwania plazmowego i aluminiowania gazowego na stopie Re 80

Nowotnik A., Góral M., Filip R., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

645-647

PL

Intensywny rozwój przemysłu lotniczego związany ze zwiększeniem się liczby pasażerów determinuje opracowywanie nowocześniejszych konstrukcji silników lotniczych. Obecnie najbardziej zaawansowanym sposobem ochrony powierzchni łopatek turbin oraz elementów komory spalania przed wysoką temperaturą oraz oddziaływaniem korozyjnym spalin jest stosowanie powłokowych barier cieplnych. Powłoki złożone są z dwóch warstw pełniących odmienne funkcje. Powłokę wewnętrzną stanowi warstwa aluminidkowa uzyskiwana metodami dyfuzyjnymi lub wieloskładnikowy stop typu MeCrAlY. Chroni ona materiał podłoża przed utlenianiem i kompensuje różnice we właściwościach fizycznych pomiędzy warstwą zewnętrzną a materiałem podłoża. Warstwa zewnętrzna zapewnia izolację cieplną - tworzy ją tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. W artykule przedstawiono charakterystykę mikrostruktury powłokowej bariery cieplnej o budowie gradientowej, wielowarstwowej, wytworzonej na powierzchni odlewniczego nadstopu niklu typu Re 80. Międzywarstwę wytworzono w procesie natryskiwania plazmowego (APS) wieloskładnikowego stopu typu MeCrAlY, który następnie poddano aluminiowaniu metodą gazową. Analiza mikrostruktury i składu chemicznego wykazała zwiększenie zawartości aluminium w strefie przypowierzchniowej (do ok. 40% at.) i powstanie fazy NiAl. Stwierdzono obecność licznych tlenków typowych dla procesu natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS). Wytworzona warstwa pośrednia miała budowę charakterystyczną dla procesu niskoaktywnego. Zewnętrzną warstwę ceramiczną (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru) osadzono metodą natryskiwania plazmowego APS. Uzyskana wielowarstwowa powłokowa bariera cieplna może stanowić alternatywę dla konwencjonalnych powłok TBC stosowanych na elementach komory spalania i złożonych z międzywarstwy na bazie stopu MeCrAlY oraz warstwy ceramicznej ZrO2-Y2O3. Niewielka grubość powłoki w porównaniu z konwencjonalnymi powłokami TBC natryskiwanymi plazmowo pozwoli na jej zastosowanie również do ochrony powierzchni łopatek turbiny silnika lotniczego.

EN

Dynamical development of aviation industry is connected with the increase of passengers quantity and determines the research on more advanced aircraft engines construction. The usage of thermal barrier coatings (TBC) is the most advanced way of protecting the turbine blade surface and combustion chamber elements, against high temeprature and corrosive influence of the exhaust gases. The TBC coatings consist of two layers, that introduce different functionality. The aluminide layer obtained with diffusive methods or multicomponent MeCrAlY alloy form the inner layer. It protects the base material against oxidation and compensates the differences in physical properties between the outer layer and the base material. The outer layer is yttrium oxide stabilized zirconium oxide. It provides the thermal isolation. One introduced in the article the microstructure characteristics of the thermal barrier coating with the gradient, mulitlayer structure, obtained on the surface of Re 80 nickel superalloy. The bond-coat was deposited during the plasma spraying process in the conditions of atmospheric pressure (APS) of the multicomponent MeCrAlY alloy, followed by submission it to the gasaluminizing process. The microstructure and chemical composition analysis proofed the increase of aluminium content in the near-surface zone (up to 40% at.) and the formation of grains of the NiAl phase. One confirmed the existence of many other oxides, characteristic for the plasma spraying proces under atmospheric pressure (APS). The structure of created bond-coat was characteristic for the low activity processes. The outer ceramic layer (yttrium oxide stabilized zirconium oxide) wad deposited with a use of APS plasma spraying method. The obtained mulitlayer thermal barrier coating will create the alternative for the conventional TBC coating, which includes the bond-coat, formed on the basis of MeCrAlY alloy, and the ceramic ZrO2-Y2O3 layer used for combustion chamber elements. Small thickness of the coating, in comparison to the conventional TBC coatings obtained during the plasma spraying process, will enable its application for protection of surface of the turbine blade in the construction of aircraft engines.

15

Mikrostruktura warstw aluminidkowych modyfikowanych proszkiem NiCrAlY uzyskiwanych metodą zawiesinową na stopie Re 80

Góral M., Filip R.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

425-428

PL

Metoda zawiesinowa stanowi jedną z najstarszych metod wytwarzania powłok aluminidkowych na nadstopach niklu oraz stopach żelaza i tytanu. Charakteryzuje się stosunkowo niskimi kosztami wytwarzania oraz niezbędnych urządzeń. Umożliwia także prostą modyfikację składu chemicznego przez dodawanie proszków o zróżnicowanym składzie chemicznym. W artykule przedstawiono możliwość modyfikowania składu chemicznego zawiesiny typu Al-Si stosowanej do wytwarzania powłok aluminidkowych na nadstopach niklu przez wprowadzenie proszku typu MeCrAlY w stosunku (do proszku Al-Si) 1:1 i 2:1. Przeprowadzono także próbę nanoszenia samego proszku typu MeCrAlY z wykorzystaniem frakcji ciekłej zawiesiny typu Al-Si. Zawiesinę nanoszono przez zanurzanie, a po osuszeniu wyżarzano w temperaturze 950°C przez 2 godziny. Grubość uzyskanych warstw mieściła się w zakresie 30÷65 um.

EN

The slurry method is one of the oldest methods of aluminide coating deposition on the nickel superalloy as well as ferrum and titanium alloys. It is characterized by relatively low costs of production and of equipment. It enables simple modification of chemical composition through addition of powders with various chemical composition. In the article the possibility of chemical composition modification of the Al-Si slurry used for aluminide coating deposition on the basis of nickel superalloys through introduction of MeCrAlY powder (in 1:1 or 2:1 ratio with Al-Si powder) has been introduced. There was also a research conducted on introduction of MeCrAlY powder with a use of fraction of liquid Al-Si slurry. The slurry was deposited through immersion and annealed (after drying) in the temperature of 950°C for two hours. The thickness of obtained coatings was in the range of 30÷65 um.

16

Influence of chemical composition of nickel based superalloy on the formation of aluminide coatings

Zielińska M., Sieniawski J., Yavorska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 1

193-197

EN

The aim of the present work was to determine the influence of chemical composition of the nickel based superalloy on the thickness and microstructure of aluminide layer obtained in the CVD low activity process. For this purpose cylindrical samples were cut from the rods and castings made of commercially produced nickel superalloys: Inconel 713LC, Inconel 625, Inconel 738LC, Inconel 100, Inconel 718. The surface of the samples was ground up, degreased and cleaned. Than samples were placed in the retort and aluminized. The low activity process of aluminizing at the presence of AlCl3 and H2 was conducted. The cross -sections of aluminide coatings were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). There was established that a chemical composition of superalloy influences the microstructure and thickness of aluminide layer. Higher total concentration of superalloy elements such as Cr, Mo, W, Ti which segregate in the diffusion zone decrease the thickness of aluminide layer.

PL

Celem niniejszej pracy było określenie wpływu składu chemicznego nadstopów niklu na głębokość i mikrostrukturę warstwy aluminidkowej wytworzonej w niskoaktywnym procesie CVD. Do badań przyjęto pięć gatunków nadstopów niklu, najczęściej stosowanych do wytwarzania łopatek turbin silników lotniczych: Inconel 713LC, Inconel 625, Inconel 738LC, Inconel 100, Inconel 718. Z prętów i odlewów wycięto próbki walcowe, które następnie szlifowano, piaskowano i odtłuszczono. Następnie próbki umieszczono w retorcie i poddano procesowi aluminiowania. Niskoaktywny proces aluminiowania prowadzono w temperaturze 1050°C w obecności AlCl3 i H2. Badania mikrostruktury prowadzono na przekrojach poprzecznych uzyskanych warstw przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego wyposażonego w detektor EDS. Stwierdzono, że skład chemiczny nadstopu wpływa na mikrostrukturę i głębokość wytworzonej warstwy. Większa sumaryczna zawartość składników stopowych tj. Cr, Mo, W, Ti, które segregują się w strefie dyfuzyjnej powoduje zmniejszenie głębokości warstwy aluminidkowej.

17

Analiza profilowa GD OES składu chemicznego pokryć ze związków międzymetalicznych NiAl modyfikowanych pierwiastkami szlachetnymi i reaktywnymi

Kubiczek M., Burdek M., Gazdowicz J.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2010

|

T. 62, nr 3

1-11

PL

W artykule przedstawiono metodykę ilościowej analizy profilowej z wykorzystaniem techniki optycznej spektrometru emisyjnej ze wzbudzeniem jarzeniowym (GD OES) pokryć NiAl modyfikowanych Hf, Pt i Pd na podłożu z superstopów niklu. Omówiono wyniki badań profilometrycznych kraterów jarzeniowych oraz wpływu interferencji widm pasmowych na przebieg analizy Ti, Zr, Nb, Si i Hf w warstwach utlenionych. Przedstawiono ilościowe profile wgłębne dla wybranych pokryć aluminidkowych przed i po cyklicznym utlenianiu. Wyniki analizy profilowej porównano z wynikami mikroanalizy EDS i stwierdzono ich dobrą zgodność.

EN

This article presents the methodology for profile quantitative analysis using glow discharge optical emission spectrometry (GD OES) of Hf, Pt and Pd-modified NiAl coatings on a nickel superalloy substrate. The results of profilometric examinations of glow discharge craters and the effect of band spectrum interference on Ti, Zr, Nb, Si and Hf analysis in oxidised layers were discussed. The quantitative in-depth profiles for selected aluminide coatings before and after cyclic oxidation were presented. The profile analysis results were compared to the EDS microanalysis results and their good conformity was observed.

18

Selection of heat treatment and aluminizing conditions for Rene 77 superalloy

Poręba M., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

598-601

EN

The influence of the CVD aluminizing of the Rene 77 superalloy carried out before and after solution treatment on the microstructure of the aluminide coating and alloy properties was studied. Depth of the diffusion type aluminide layer obtained in aluminizing process (1050°C/8 h) was about 35 um. In both cases ageing at 760°C for 4 hours was conducted in the last stage of treatment. Chemical composition and microstructure of aluminide coatings were characterized. Cyclic oxidation tests at 1100°C were performed in total time of 500 h and the creep rupture tests were carried out at 982°C for two stress levels: 124.0 and 151.7 MPa. It was found that the alloy aluminized after solution treatment exhibits better resistance to high temperature oxidation and higher creep properties comparing to the alloy aluminized before heat treatment.

PL

Prowadzono badania wpływu aluminiowania metodą CVD stopu Rene 77, wykonanego przed i po procesie przesycania, na mikrostrukturę warstwy aluminidkowej i właściwości stopu. Przyjęto schemat procesu aluminiowania i wytworzono warstwę aluminidkową o głębokości 35 um. Starzenie przeprowadzono po zakończeniu obróbki cieplno-chemicznej dla obydwu wariantów. Scharakteryzowano skład chemiczny oraz mikrostrukturę warstw aluminidkowych. Dla obu wykonanych wariantów obróbki cieplno-chemicznej przeprowadzono próbę utleniania cyklicznego w temperaturze 1100°C w łącznym czasie 500 h oraz próbę przyspieszonego pełzania w temperaturze 982°C dla dwóch poziomów naprężenia: 124,0 MPa i 151,7 MPa. Stwierdzono, że przeprowadzenie procesu aluminiowania po procesie przesycania pozwala na uzyskanie większej odporności na utlenianie stopu oraz lepszych właściwości w warunkach pełzania w porównaniu ze stopem aluminiowanym przed przesycaniem.

19

Mikrostruktura i odporność na utlenianie izotermiczne powłoki aluminiowej wytworzonej w niskoaktywnym procesie CVD na podłożu z nadstopu Inconel 713 LC

Yavorska M., Zielińska M., Kubiak K., Sieniawski J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 1

83-94

PL

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) jest jedną z metod wytwarzania aluminidkowych powłok dyfuzyjnych na podłożu z żarowytrzymałych nadstopów niklu i kobaltu. W artykule określono warunki technologiczne i termodynamiczne procesu CVD wytworzenia żaroodpornych powłok dyfuzyjnych na powierzchniach zewnętrznych pióra łopatek turbin silników lotniczych oraz na powierzchniach wewnętrznych kanałów chłodzących. Na podłożu z nadstopu inconel 713 LC wytworzono powłokę aluminidkową. Proces aluminiowania metodą CVD prowadzono za pomocą urządzenia IonBond z użyciem gazu reakcyjnego A1C13. Analiza składu chemicznego i fazowego wykazała, że głównym składnikiem fazowym mikrostruktury powłoki jest faza międzymetaliczna NiAl. Twardość na przekroju dyfuzyjnej powłoki aluminidkowej wynosi od 420 do 590 HV0,5. Badania odporności na utlenianie izotermiczne prowadzono w temperaturze 950°C w czasie 529 h w piecu komorowym w atmosferze powietrza. Stwierdzono, że powłokę aluminidkową na wewnętrznej powierzchni kanału chłodzącego łopatki, o wymiarach 2x30 mm i długości 20 mm, cechuje mniejsza prędkość utleniania niż materiału podłoża - inconelu 713 LC.

EN

Chemical vapour deposition (CVD) process is widely used to produce oxidation resistant coatings on Ni base superalloys. One of the feature of this method is the possibility of forming a diffusion coating on external and internal surfaces of the cooling channels of the aircraft turbine blades. The aluminide coating was formed on a commercial superalloy - Inconel 713 LC. The alumin-izing process - CVD was realized by the use of IonBond equipment and A1C13 - reacting gas. The investigations of chemical and phase composition of the surface layer of aluminized samples showed that the main constituent of microstructure is an intermetallic phase NiAl. The hardness of the coating measured on the cross section of the samples was from 420 to 590 HV0.5. The isothermal oxidation tests were performed at 950°C, during 529 h in the air atmosphere. It was proved that the developed aluminide layer on the internal surface of the cooling channel (with dimensions of 2x30 width and 20 mm length) of the turbine blades decreases the rate of oxidation of Inconel 713 LC superalloy.

20

Modyfikacja powłok aluminidkowych uzyskiwanych metodą zawiesinową na nadstopach niklu

Góral M., Swadźba L.

Ochrona przed Korozją

|

2008

|

nr 4-5

120-123

PL

Rozwój nowoczesnych silników lotniczych wymaga stosowania zaawansowanych materiałów oraz powłok ochronnych. Jednym z najczęściej stosowanych typów pokryć są powłokowe bariery cieplne TBC. W artykule przedstawiono próby technologiczne wytwarzania powłok aluminidkowych metodą zawiesinową oraz zbadanie możliwości ich modyfikacji za pomocą proszków MeCrAlY. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić,że otrzymane powłoki zawiesinowe mogą stanowić alternatywną międzywarstwę dla powłok TBC natryskiwanych plazmowo.

EN

The article presents microstructural characterization of silicon-modified aluminide coatings deposited by slurry method on Ni-superalloys and results of investigations if it is possible to modify coating by MeCrAlY powder. The SEM, LM, XRD, EDS investigation of modified coatings were performed.