Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructural characterization of gas phase aluminized TiAlCrNb intermetallic alloy

Moskal G., Góral M., Swadźba L., Mendala B., Hetmańczyk M., Witala B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 1

253-259

EN

This article presents a microstructure characterization of an alloy coating based on Ti-48Al-2Cr-2Nb- type γ + α2 intermetallic phases deposited via an out-of-pack aluminizing process. The goal of the aluminizing process was to obtain a coating composed of aluminum-rich TiAl2 or TiAl3 phases with greater oxidation resistance compared to the base alloy. The results showed that the gas-phase aluminizing process produced a coating with specific microstructural properties. The thickness of the layer obtained, including the transition zone, was approximately 20µm. X-ray diffraction (XRD) phase composition studies demonstrated that the outer coating zone was primarily composed of a TiAl2 phase, and its thickness was approximately 10 µm. Microanalysis of the chemical composition showed that, in addition to the main components, i.e. titanium and aluminum, chromium and niobium were present in the outer coating. Electron backscatter diffraction (EBSD) studies further indicated the probable presence of a TiAl2 phase. The coating obtained was of good quality, and cracks or pores, which are typical of coatings obtained via powder methods, were not detected.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury warstwy wierzchniej stopu na osnowie faz międzymetalicznych γ + α2 typu Ti-48Al-2Cr-2Nb po procesie aluminiowania metodą out-of-pack. Celem procesu aluminiowania było uzyskanie warstwy zewnętrznej zbudowanej z bogatych w aluminium faz typu TiAi2 lub TiAl3 o wyższej odporności na utlenianie w porównaniu do stopu podłoża. Zrealizowane badania wykazały, że zastosowanie metody aluminiowania gazowego pozwoliło na wytworzenie na powierzchni stopu pokrycia o zakładanych właściwościach mikrostrukturalnych. Grubość otrzymanej warstwy, łącznie ze strefą przejściową wynosiła ok. 20 µm. Mikroanaliza składu chemicznego wykazała również, że poza głónymi składnikami tj. tytanem i aluminium w obszarze tym obecne były również chrom i niob. Badania EBSD wykazały ponadto prawdopodobną obecność fazy Ti3Al5. Uzyskane pokrycie było dobrej jakości, nie stwierdzono pęknięć ani pustek, typowych dla warstw otrzymanych metodami proszkowymi.

2

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.

3

Nowoczesne technologie wytwarzania powłokowych barier cieplnych w Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego

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

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

734-737

PL

Dynamiczny rozwój lotnictwa cywilnego i wymagania dotyczące ochrony środowiska determinują rozwój zaawansowanych silników turbowentylatorowych o większych osiągach i mniejszym zużyciu paliwa. Jedną z możliwości sprostania tym wymaganiom jest podwyższenie temperatury pracy silnika. Wymaga to modyfikacji konstrukcji oraz zastosowania zaawansowanych materiałów na łopatki turbin oraz ochronnych warstw żaroodpornych. Najczęściej do ochrony powierzchni łopatek turbin są stosowane wielowarstwowe powłokowe bariery cieplne (TBC). Warstwę wewnętrzną - międzywarstwę - chroniącą przed oddziaływaniem korozyjnym spalin, stanowią dyfuzyjne warstwy aluminidkowe modyfikowane platyną lub warstwy złożone z wieloskładnikowych stopów typu MeCrAlY wytwarzane metodami fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). Warstwa zewnętrzna zwykle jest złożona z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru osadzanych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów (Electron Beam Physical Vapour Deposition, EB-PVD). W pracy przedstawiono nowoczesne metody wytwarzania powłok rozwijane w Uczelnianym Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego Politechniki Rzeszowskiej (LBMPL). Obecnie prowadzone są w laboratorium badania nad wytwarzaniem dyfuzyjnych warstw aluminidkowych modyfikowanych hafnem oraz cyrkonem. Warstwy te powstają w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Jednocześnie są realizowane prace badawcze dotyczące modyfikowania platyną i palladem warstw aluminidkowych wytwarzanych metodą CVD. Stanowią one warstwy pośrednie dla warstw ceramicznych osadzanych metodami EB-PVD i LPPS-Thin Film. Badania doświadczalne są realizowane za pomocą urządzenia EB-PVD typu Smart Coater firmy ALD. Stanowi ono prototypowe rozwiązanie, pozwalające na wytwarzanie powłok ceramicznych na małej liczbie elementów konstrukcyjnych, np. łopatek turbin w celach badawczych. Inną rozwijaną technologię stanowi proces natryskiwania plazmowego pod obniżonym ciśnieniem cienkich warstw (LPPS Thin Film) opracowany przez firmę Suzler Metco. Cechą unikatową urządzenia LPPS-Thin Film jest możliwość odparowania cząstek proszku ceramicznego w strumieniu plazmy. Obniżenie ciśnienia oraz obecność fazy gazowej pozwala na uzyskanie warstw o budowie kolumnowej, o większej odporności na pękanie, charakterystycznych dla procesu EB-PVD. Jednocześnie w laboratorium są prowadzone badania odporności na utlenianie izotermiczne i cykliczne, korozję siarkową, odporność erozyjną, w tym w wysokiej temperaturze oraz oceny stopnia oddziaływania wytworzonych powłokowych barier cieplnych na właściwości mechaniczne materiału podłoża.

EN

Dynamic development of civil aviation and the requirements concerning the environment protection determine the development of advanced turbofans, characterized by better performance and lower fuel consumption. The increase of engine service temperature is one of possibilities to achieve this goal. It requires the modification of its construction and the application of advanced materials for turbine blades and the usage of protective and high temperature resistant coatings. The mulitlayer Thermal Barrier Coatings (TBC) are most often used for protection of turbine blades surface. The diffusion, platinum modified aluminide coatings or the MeCrAlY layers consisting of multicomponent alloys obtained with methods of physical vapour deposition (PVD) constitute the inner layer (bond-coat) which protects against the corrosive influence of exhaust gases. The outer layer consisting, in most cases, of yttrium oxide stabilized zirconium oxide deposited with method of physical vapour deposition, involves vaporization with a use of electron beam (Electron Beam Physical Vapour Deposition, EB-PVD). The modern techniques of coating deposition, developed in the Research and Development Laboratory for Aerospace Materials (LBMPL) at Rzeszow University of Technology are introduced in this paper. In the laboratory, there is currently a research on obtaining the diffusion hafnium or zirconium modified aluminide layer being conducted. Those layers are formed during the process of chemical vapour deposition (CVD). Simultaneously, one conducts a research on modifying of aluminide layers with platinum and palladium during the CVD process. They have an application as the bond-coats for ceramic layer deposited by EB-PVD i LPPSThin Film method. The experimental research are realized with a use of ALD Smart Coater EB-PVD device. It is the prototype machine, which allows to create, for scientific purposes, the ceramic coating on a small amount of construction elements i.e. turbine blades. The plasma spraying process under low pressure (LPPS Thin Film) developed by Sulzer Metco company is the alternative process for creating layers. The unique property of LPPS-Thin Film device is the possibility of ceramic powder particles vaporization in the plasma jet. Decrease of pressure and existence of gas phase are the factors that allow to form layer with columnar structure, that have better crack resistance and are characteristic for the EB-PVD process. Simultaneously, one conducts in the laboratory a research on isothermal oxidation resistance, sulfur corrosion resistance, erosion resistance (also for high temperature) and on assessment of influence of Thermal Barrier Coatings on the mechanical properties of base material.