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

Microstructural Characterization of Several Coatings Deposited on TiAlNb Intermetallic Alloy

Góral M., Pytel M., Dychtoń K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1547--1551

EN

Titanium alloys based on the γ -TiAl intermetallic phase are a type of material which may replace nickel supperalloys in high temperature applications. Not enough resistance to corrosion at temperatures above 900°C remains the biggest limitation in industrial practices. The paper presents results of preliminary research into application of new type heat resistant coatings on the basis of γ -TiAl alloy. MeCrAlY and Si coatings were formed by pack cementation method. Aluminide coatings were deposited by pack cementation method and VPA. Research results have shown that except for the coating formed by VPA, coatings were characterized by high porosity and therefore would not ensure appropriate protection against oxidation. Further research will be necessary into application of the VPA method in protecting γ-TiAl titanium alloys in order to improve their heat resistance.

PL

Stopy na osnowie fazy międzymetalicznej γ-TiAl stanowią materiał, który może stanowić zamiennik nadstopów niklu w aplikacjach wysokotemperaturowych. Nadal największym ograniczeniem w ich przemysłowym zastosowaniu jest niewystarczająca odporność na utlenianie w temperaturze powyzej 900°C. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań nad zastosowaniem nowych rodzajów powłok żaroodpornych na podłożu stopu γ-TiAl. Wytworzono powłoki MeCrAlY oraz Si metodą zawiesinową a także powłoki aluminidkowe metodą pack cementation oraz VPA. Wyniki badań wykazały że poza powłoką wytworzoną metodą VPA pozostałe charakteryzowały się dużą porowatością przez co nie moga zapewnić odpowiedniej ochrony przed utlenianiem. Wskazano na konieczność dalszych badań nad zastosowaniem metody VPA do ochrony stopów tytanu γ-TiAl w celu poprawy ich żaroodporności.

3

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.

4

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.

5

Odporność na korozję wysokotemperaturową powłok Al-Si wytwarzanych na stopach TiAl

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

Ochrona przed Korozją

|

2007

|

nr 4

187-193

PL

Jedną z metod wytwarzania powłok aluminidkowych na stopach żarowytrzymałych jest pokrywanie wodną zawiesiną zawierającą proszki metali Al i Si. Powłokę uzyskuje się poprzez zanurzanie lub natryskiwanie zawiesiny na elementy, a następnie dyfuzyjną obróbkę cieplną. Jako materiał podłoża wykorzystano stop na osnowie faz międzymetalicznych Ti-Al z 7% at. dodatkiem niobu. Powłoki uzyskano poprzez zanurzanie w zawiesinie o różnej zawartości krzemu. Po wysuszeniu próbki poddano obróbce dyfuzyjnej w atmosferze Ar w temperaturze 950oC. Badania metodą rentgenowskiej analizy fazowej wykazały że podstawowym składnikiem powłoki jest wysokoaluminiowa faza TiAl3. Stwierdzono także obecność różnego typu krzemków tytanu. W przypadku powłok uzyskanych z zawiesin o mniejszej zawartości krzemu (do 20% wag.) były to krzemki typu Ti5Si3, natomiast w powłokach z zawiesin wysokokrzemowych obecne były także krzemki typu Ti5Si4,TiSi2 oraz TiSi. Próby utleniania przeprowadzono w cyklach 24 godzinnych w temperaturze 900 i 950oC w powietrzu. Badania prowadzono dla wszystkich próbek z powłokami aluminidkowymi oraz dla próbek bez pokrycia. Stwierdzono łuszczenie się i odpadanie zgorzeliny z powierzchni stopu Ti46Al7Nb bez powłoki oraz znaczne ubytki jej masy w obu temperaturach. Na powierzchni próbek z powłokami ochronnymi powstała jasnożółta, przyczepna do podłoża zgorzelina. W strukturze powłok utlenianych w temperaturze 900oC nie stwierdzono istotnych zmian. W temperaturze 950oC doszło do silnej degradacji powłok ochronnych i powstania wielowarstwowej zgorzeliny. W przypadku powłoki uzyskanej z zawiesiny zawierającej wyłącznie Al miała ona budowę dwuwarstwową, złożoną z rutylu na zewnątrz i tlenku aluminium w strefi e wewnętrznej. W przypadku powłok uzyskanych z zawiesin zawierających krzem zgorzelina miała następującą budowę: TiO2/Al2O3/TiO2+Si.

EN

Deposition in water slurry containing Al and Si powders is one of the methods which is used to produce aluminide coatings on heat resistant alloys. The coating is obtained by immersing the alloy in the slurry or by spraying the slurry onto the elements, followed by diffusion heat treatment. A Ti-Al intermetallic-phase based alloy with a 7% at. niobium addition was used as the substrate. The coatings were obtained by immersion in a slurry with varied silicon content. Following drying, the samples were diffusion-treated in an Ar atmosphere at 950oC. An X-ray phase analysis found the aluminium-rich TiAl3 phase to be the main component of the coating. The presence of titanium silicides was also detected. Among the coatings obtained from the slurries with a lower aluminium content, (up to 20% wt) they were, for the most part, type Ti5Si3 silicides, while in the coatings from the slurries with a high-silicon content, types Ti5Si4,TiSi2 and TiSi silicides were shown to be present. The oxidation tests were conducted in 24-hour cycles at 900 and 950oC in air. All the aluminide coated samples as well as the uncoated ones were included in the testing schedule. Flaking and spalling of the scale was found to occur on the surface of the uncoated Ti46Al7Nb alloy sample and substantial weight loss was observed at both temperatures. A bright-yellow, base-adherent scale was formed on the surface of the coated samples. No signifi cant change was detected in the structure of the coatings oxidized at 900oC. At 950oC, however, a severe degradation took place and a multi-zoned scale was created. In the case of the coating deposited in the slurry containing pure Al, the scale was composed of two zones: the outer zone made up of rutile and the inner zone containing aluminium oxide, while the scale formed on the coatings obtained from the slurries with silicon content had the following structure: TiO2/Al2O3/TiO2+Si.

6

Si-modified aluminide coating deposited on TiAlNb alloy by slurry method

Goral M., Moskal G., Swadzba L., Tetsui T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 21, nr 1

75-78

EN

Purpose: Increasing oxidation resistance of TiAl intermetallic alloy by depositing aluminide coating by slurry method and investigation of the influence of Si addition on structure of obtained coatings. Design/methodology/approach: The structure of coatings was investigated by light scanning microscopy. The chemical composition of coatings was investigated by EDS method and XRD phase analysis was used as well. Findings: The investigation has showed that the thickness of the coatings was 40 micrometres. The structure of the silicon-modified aluminide coatings is as follows: - the outer zone consisting of TiAl3 phase and titanium silicides, - the middle zone consisting of columnar titanium silicides in phase TiAl3 matrix, - the inner zone consisting of TiAl2 phase. The analysis of the average chemical composition of the outer zone exhibited the gradual increase of the silicon content along with increase of this element in the slurry. Practical implications: The slurry method can be applied in aerospace and automotive industry as low-cost technology of producing of aluminide coatings on intermetallics. Originality/value: New method of depositing of Si modified aluminide coatings on TiAl alloys.

7

Gas phase aluminising of TiAl intermetallics

Goral M., Moskal G., Swadzba L.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 20, nr 1-2

443-446

EN

Purpose: Increasing oxidation resistance of TiAl intemetallic alloy by gas phase aluminising. Design/methodology/approach: The structure of coatings was investigated by light scanning microscopy. The chemical composition of coatings was investigated by EDS method and XRD phase analysis was used as well. Findings: The investigation has showed that the thickness of the coatings was 10 micrometres. The structure of the silicon-modified aluminide coatings is as follows: the outer zone consisting of TiAl3 phase (on the TiAl7Nb alloy only), the middle zone consisting TiAl2 phase, the inner zone consisting of TiAl phase. The analysis of the average chemical composition of the outer zone exhibited the gradual increase of the silicon content along with the increase of this element in the slurry. Practical implications: The slurry method can be applied in aerospace and automotive industry as low-cost technology of producing of aluminide coatings on intermetallics. Originality/value: New method of depositing of aluminide coatings on TiAl alloys.

8

Advanced materials and protective coatings in aero-engines application

Hetmańczyk M., Swadźba L., Mendala B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 24, nr 1

372-381

EN

Purpose: The following article demonstrates the characteristics of the materials applied as parts of aircraft engine turbines and the stationary gas turbines. The principal technologies for manufacturing the heat resistant coatings and the erosion and corrosion resistant coatings were characterized. Sample applications for the aforementioned coatings are presented: on turbine blades, compressor blades and on parts of combustion chambers of aircraft engines. Design/methodology/approach: The nickel-based alloys were characterized. The following methods of depositing diffusion aluminide coatings were described: pack cementation, out of pack and CVD (chemical vapour deposition). The properties of thermal barrier coatings obtained by thermal spraying and physical vapour deposition (PVD) were presented. Findings: : The structures of aluminide and platinum modified aluminide coatings, which displayed higher heat resistance during the cyclic oxidation test, were presented. The structure of TBC coatings was described as well. During aircraft engine tests, the compressor blades with multilayer type Cr/CrN coatings exhibited higher wear resistance than the coatings covered with Ti/TiN. Research limitations/implications: The aluminide coatings were deposited on nickel-based superalloys, which are typically used to manufacture turbine blades for aircraft engines. The multilayer nitride coatings were produced by Arc-PVD method. Practical implications: All the described technologies and coatings find applications on parts of aircraft engines. Originality/value: The presented advanced technologies of manufacturing protective coatings on the parts of aircraft engines were developed by the authors of the following study as parts of their planned scientific research, research projects, and purpose projects.

9

Microstructural investigations of aluminide coatings deposited on SCRY4 single crystal Ni-base superalloy

Dubiel B., Moskalewicz T., Ratuszek W., Swadźba L., Mendala B., Czyrska-Filemonowicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

387-392

EN

Aluminide coatings are commonly deposited on gas turbine components to improve oxidation and corrosion resistance or as bond coatings for thermal barrier coatings (TBC). In the present study the microstructure and chemical composition of the aluminide coating deposited by out of pack gas phase aluminising on single crystal Ni-base SCRY4 superalloy were investigated. The objective was a detailed microstructural characterisation of the coating formed after annealing at 1050°C for 2 hours. It was found that the coating consists of three zones (Fig. 2). In zone 1 the P-NiAl phase was detected (Fig. 3). Zone 2 contained Ni5Al3 matrix with precipitates of TCP phases, most probable a and u (Figs. 5-7). Close to the substrate the 3rd zone of y' with thin y plates and large TCP phases, possibly u and P was observed (Fig. 8).

PL

Powłoki aluminidkowe są często nanoszone na elementy turbin gazowych w celu poprawy żaroodporności lub jako warstwy pośrednie w powłokach stanowiących bariery cieplne (TBC). W niniejszej pracy zbadano mikrostrukturę i skład chemiczny dyfuzyjnych powłok aluminidkowych naniesionych z fazy gazowej na monokrystalicznym nadstopie niklu SCRY4. Przeprowadzono szczegółową analizę mikrostruktury powłok po wyżarzaniu w temperaturze 1050°C przez 2 godziny. Stwierdzono, że struktura powłoki składa się z trzech stref (Rys. 2). Strefę 1 tworzy faza P-NiAl (Rys. 3). Strefa 2 o osnowie Ni5Al3 zawiera wydzielenia faz topologiczne zwartych (TCP), najprawdopodobniej a i p (Rys. 5-7). W pobliżu podłoża zaobserwowano 3 strefę o osnowie y +y' z dużymi wydzieleniami faz TCP, prawdopodobnie u i P (Rys. 8).

10

Wpływ zawartości krzemu na odpornosć na utlenianie izotermiczne powłok aluminidkowych uzyskanych z zawiesin Al-Si na w stopie TiAlNb

Góral M., Moskal G., Swadźba L., Supernak W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

985-988

PL

Jedną z metod wytwarzania powłok aluminidkowych na stopach żarowytrzymałych jest pokrywanie wodną zawiesiną zawierającą proszki metali Al i Si. Powłokę uzyskuje się poprzez zanurzanie lub natryskiwanie zawiesiny na elementy, a następnie dyfuzyjną obróbkę cieplną. Jako materiał podłoża wykorzystano stop na osnowie faz międzymetalicznych Ti-Al. z 7 % at. dodatkiem niobu. Powłoki uzyskano poprzez zanurzanie w zawiesinie zawierającej zmienną zawartość krzemu. Po wysuszeniu próbki poddano obróbce dyfuzyjnej w atmosferze Ar w temp. 950°C. Badania metodą rentgenowskiej analizy fazowej wykazały że podstawowym składnikiem uzyskanej powłoki jest wysokoaluminiowa faza TiAl3. Stwierdzono także obecność krzemków tytanu. W przypadku powłok uzyskanych z zawiesin o mniejszej zawartości krzemu (do 20%wag) były to krzemki typu TisSi3, natomiast w powłokach z zawiesin wysokokrzemowych obecne były także krzemki typu Ti5Si4,TiSi2 oraz TiSi. Badania odporności na utlenianie izotermiczne prowadzono w temperaturze 900°C w czasie 500h w piecu komorowym w atmosferze powietrza. W przypadku wszystkich powłok nastąpił wzrost masy próbek na skutek przyrostu zgorzeliny. Najmniejsze zmiany masy stwierdzone zostały dla próbek z powłoką wytworzoną z 12,5% Si zawiesiny. Badania składu fazowego powłok po testach utleniania izotermicznego wykazały na wszystkich próbkach obecność produktów utleniania- tlenków aluminium i tytanu. Stwierdzono również obecność faz z układu Ti-Al stanowiących składnikifazowe powłokiistopu podłoża oraz krzemki tytanu Ti5Si3.

EN

The alloys based on the intermetallic phases from Ti-Al system are materials which, , could be widely used in automotive and aerospace applications. The oxidation resistance of there materials might be improved using aluminide coatings containing TiAl2 and TiAl3 phases, which induces the formation of AI2O3 scale in oxidation process. The technology used in this investigation was the immersion in water-based slurry containing metal powders. Mitsubishi Heavy Industries high-niobium (14 wt % of niobium) alloy has been used as the research material for the coatings produced. The water-based slurries containing Al and Si powders have been prepared with 0-100 wt % content. The diffusion treatment has been done at 950°C in four-hour time in the Ar atmosphere. The investigation has showed that the thickness of the coatings ranged from 30 to 40 um. The structure of the silicone-modified aluminide coatings is as follows: the outer zone consisting of TiAl3 phase and titanium silicides the middle zone consisting of columnar titanium silicides in phase TiAl3 the inner zone consisting of TiAl3 phase The isothermal oxidation tests were done in the chamber furnace at 900°C for 500 h time in the air atmosphere. In case of all the samples, the increase of the mass has been observed, as a result of the scale growth. The smallest mass changes have been detected in samples containing the coatings formed from 12,% Si slurries. The XRD analysis after the isothermal oxidation test have confirmed the presence of the products of oxidation - aluminium and titanium oxides. The phases of the Ti-Al diagram have also been found, being the phase content of both the coating and the base material.