Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kinetyka utleniania stopu Ti-48Al-2Cr-2Nb w atmosferze tlenu

Przeliorz R., Swadźba R., Swadźba L., Mendala B., Witala B., Marugi K., Tracz J., Kania Z., Supernak W.

Ochrona przed Korozją

|

2018

|

nr 4

96--98

PL

Badano początkowy okres izotermicznego utleniania stopu Ti-48Al2Cr--2Nb w tlenie w zakresie temperatury 800-950oC. Stwierdzono, że w temperaturze 800-900oC nie obserwuje się parabolicznego przebiegu utleniania. Paraboliczna (w przybliżeniu) zależność pomiędzy przyrostem masy a czasem reakcji, występuje w temperaturze 950oC. Stała szybkości utleniania k”p = 2,5 ·10-5, g-2/(cm-4·s).

EN

The initial period of isothermal oxidation of Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy in oxygen in a temperature range of 800-950oC was evaluated. It was observed that in the temperature range of 800-900oC, oxidation does not assume a parabolic characteristic. An approximately parabolic correlation between mass increase and the reaction time occurs at 950oC. Oxidation constant k”p = 2,5 ·10-5, g-2/(cm-4·s).

2

Wysokotemperaturowe utlenianie krzemowanego stopu C-103 z dyfuzyjną warstwą barierową

Przeliorz R., Swadźba R., Swadźba L., Witala B., Mendala B.

Ochrona przed Korozją

|

2016

|

nr 5

143--147

PL

Utleniano komercyjny stop niobu C-103 z warstwą krzemkową modyfikowaną dyfuzyjną warstwą barierową. Warstwę ochronną wytworzono metodą kontaktowo-gazową (pack cementation). Proces utleniania prowadzono w zakresie temperatury 950÷1100oC w atmosferze tlenu. Stwierdzono, że warstwa krzemkowa modyfikowana dyfuzyjną warstwą barierową znacząco poprawia odporność na utlenianie stopu niobu C-103 w porównaniu do warstwy krzemkowej bez modyfikacji.

EN

Commercial C-103 niobium alloy with a silicide layer modified by a diffusion barrier layer was oxidised. The protective layer was produced by the pack cementation method. The oxidation process was carried out in a temperature range of 950÷1100oC in an atmosphere of oxygen. It was found that the silicide layer modified by the diffusion barrier layer led to a significant improvement of resistance to oxidation of the C-103 niobium alloy compared to the unmodified silicide layer.

3

Struktura warstw krzemowanych wytwarzanych metodą kontaktowo- -gazową na niobie i stopie niobu

Zawadzki M., Swadźba L., Mendala B., Moskal G., Witala B., Swadźba R., Toczek S.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

921--924

PL

W pracy przedstawiono wpływ czasu procesu wygrzewania dyfuzyjnego na mikrostrukturę, skład chemiczny i fazowy warstw krzemkowych wytworzonych na podłożu z niobu oraz ze stopu niobu C-103. Krzemowanie dyfuzyjne prowadzono metodą kontaktowo-gazową w temperaturze 1050°C przez 24 oraz 70 h, w atmosferze argonu. Warstwy krzemkowe otrzymane na podłożu z niobu miały budowę dwustrefową (rys. 1, 3). Składały się ze strefy zewnętrznej charakteryzującej się wyraźną strukturą kolumnową oraz strefy wewnętrznej o jednolitej strukturze. Warstwy krzemkowe otrzymane na podłożu ze stopu niobu C-103 charakteryzowały się budową trzystrefową (rys. 2, 4). Strefa zewnętrzna i wewnętrzna miała budowę kolumnową. W strefie środkowej stwierdzono nierównomiernie rozłożone wydzielenia. Przeprowadzono mikroanalizę składu chemicznego oraz analizę składu fazowego. Stwierdzono obecność krzemku niobu NbSi2 w strefie zewnętrznej oraz Nb5Si3 w strefie wewnętrznej warstw (rys. 8÷10). Otrzymane fazy były zgodne z wykresem równowagi Nb-Si.

EN

This paper presents the influence of pack-cementation process time on the microstructure, chemical and phase composition of Si coatings formed on niobium and Nb-based alloy C-103 substrate. Pack siliconizing process was carried out at temperature 1050°C for 24 and 70 hours in argon protection atmosphere. The Si coatings formed on niobium substrate had two layers structure (Fig. 1, 3). The coatings consist of outer layer that is characterized by fairly columnar structure and inner layer with uniform structure. The Si coatings formed on Nb-based alloy C-103 substrate is characterized by three layers structure (Fig. 2, 4). The outer and inner layer had uniform columnar structure. The unevenly distributed particles was found in the middle layer of the Si coating. EDS microanalysis and the X-ray phase analysis was carried out. It was found presence of NbSi2 niobium silicide in the outer layer and Nb5Si3 niobium silicide in the inner layer of the Si diffusion coatings (Fig. 8÷10). The obtained phased were consistent with the equilibrium diagram Nb-Si.

4

Analiza metalograficzna żebrowanych prętów bimetalowych wytworzonych ze wsadu otrzymanego metodą zgrzewania wybuchowego oraz metodą napawania TIG

Sawicki S., Dyja H., Mróz S., Mendala B.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 5

366--369

PL

W pracy przedstawiono analizę metalograficzną bimetalowych prętów żebrowanych stal-stal odporna na korozję. Bimetalowy wsad otrzymano metodą zgrzewania wybuchowego oraz metodą napawania TIG. Ponadto w artykule opisano również technologię wytwarzania bimetalowych stalowych prętów C45E platerowanych stalą odporną na korozję X2CrNi18-10 metodą zgrzewania wybuchowego oraz metodą napawania TIG. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdzono, że możliwe jest łączenie cylindrycznych elementów wykonanych ze stali C45E oraz stali X2CrNi18-10 metodą wybuchową i metodą napawania TIG.

EN

The paper presents metallographic analysis of bimetallic ribbed bars steel-steel resistant to corrosion. Bimetallic feedstock obtained by explosive cladding and TIG surfacing method. In addition, the article describes the technology of producing bimetallic bars C45E steel clad with a corrosion resistant steel X2CrNi18-10 by TIG surfacing and explosive cladding method. On the basis of obtained results it was concluded that it is possible to connect cylindrical elements made of steel C45E and steel X2CrNi18-10 by an explosive cladding and surfacing method TIG.

5

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.

6

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.

7

Wytwarzanie powłok żaroodpornych na elementach turbin gazowych

Swadźba L., Witala B., Mendala B., Komendera Ł., Supernak W.

Piece Przemysłowe & Kotły

|

2011

|

Nr 4

25--30

PL

Tradycyjną metoda wytwarzania powłok żaroodpornych jest proszkowanie, które polega na umieszczeniu elementu podawanego procesowi w kontenerze z mieszaniną proszkową. Rozwinięciem tej metody jest metoda gazowa - bezkontaktowa. Jej główną cechą jest oddzielenie pokrywanych elementów od mieszaniny proszkowej: warto przyjrzeć sie jej zaletom.

EN

The traditional method of producing heat-resistant coatings is pack cementation, which involves embedding the component undergoing the process in a powder mixture. An extension of this method is the gas phase out-of-pack deposition, which is characterised by the fact that the parts to be coated are separated from the powder mixture. Advantages of the latter process deserve consideration.

8

Właściwości powłok metaloceramicznych stosowanych na elementy sprężarki silnika lotniczego

Mendala B., Swadźba L.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 4-5

136-141

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych dla metaloceramicznych powłok antykorozyjnych wytwarzanych z zawiesin nieorganicznych zawierających drobny proszek aluminium. Do badań wybrano zawiesinę wodorozcieńczalną, o obniżonej zawartości chromu sześciowartościowego. Właściwości wykonanych powłok zbadano na próbkach ze stali 10 oraz łopatkach sprężarki silnika lotniczego wykonanych ze stali martenzytycznej typu EI961. Dokonano oceny wyglądu wytworzonych powłok oraz zbadano ich grubość. Określono wpływ obróbek wykańczających na strukturę i właściwości wytworzonych powłok ochronnych. Przeprowadzono badania elastyczności powłok i oceniono ich adhezję do stalowego podłoża. Zbadano odporność powłok na uderzenia drobnymi kamieniami oraz ich odporność korozyjną w obojętnej mgle solnej. Stwierdzono bardzo dobre właściwości antykorozyjne badanych powłok oraz ich zdolności do protektorowania stalowego podłoża.

EN

In this paper the results of investigation of corrosion resistant metallo-ceramic inorganic slurry coatings, contained super fine powder of aluminium have been presented. The research were conducted with using water diluted slurry, with lowered content of hexavalent chromium. The properties of the coatings produced on the samples made of 10 steel and the compressor blades of aircraft engine made of martensitic EI961 steel were determined. View of obtained coatings was described and their thickness were measured. The influence of coatings treatment on their microstructure and properties were described. The bend test of coatings was made and their adhesion to steel was determined. The resistance to impact by small stones as well as corrosion resistance in neutral salt spray were tested. The very good corrosion resistant properties of the metallo-ceramic coatings and their ability to protection of steel were found.

9

Dyfuzyjne powłoki aluminidkowe odporne na korozję wysokotemperaturową na stopie krystalizowanym kierunkowo Rene 142 DS

Komendera Ł., Witala B., Swadźba L., Mendala B.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 4-5

156-159

PL

Stopy żarowytrzymałe na bazie niklu są szeroko stosowane w przemyśle turbin gazowych oraz silników turbinowych. Jednym z zasadniczych problemów w zastosowaniu tych stopów jest uzyskanie wysokich własności mechanicznych przy zachowaniu wysokiej odporności na korozję wysokotemperaturową. Elementy turbin są pokrywane powłokami ochronnymi w celu zwiększenia ich odporności na korozję. Poszukuję się jednak nowych typów powłok dla wyższej temperatury eksploatacji. W artykule przedstawione zostaną doświadczenia w realizacji procesów aluminiowania metoda kontaktowo-gazową CODEP. Na przykładzie stopu Rene 142DS stosowanego w produkcji łopatek turbiny I stopnia silnika lotniczego. Przedstawiono charakterystykę powłok dyfuzyjnych stosowanych dla zabezpieczenia tego stopu przed korozją wysokotemperaturową. Dokonano charakterystyki struktury, przedstawiono wyniki badań rozmieszczenia pierwiastków w powłokach oraz wyniki analizy składu chemicznego.

EN

Nickel based superalloys are widely used in GTS and AERO gas turbine industry. Main problem with application Ni superalloys is gain both high mechanical properties and high temperature corrosion resistance. Turbine parts are coated with protective coating increasing high temperature resistance. New type of coating able to work in higher temperature is being searched. This paper presents pack cementation method for diffusion aluminide coating development. Rene 142 DS super alloys is used for 1-st stage of high temperature turbine. Paper presents microstructure characterization, element distribution and microchemical analysis of diffusion aluminide coating.

10

Kształtowanie struktury kompozytowych powłok Al-AlN na stali martenzytycznej metodą Arc-PVD

Mendala B., Swadźba L., Hetmańczyk M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

571-575

PL

W Polsce w wielu dziedzinach przemysłu, a zwłaszcza w lotnictwie, na elementy konstrukcyjne pracujące w warunkach korozyjnych powszechnie stosuje się galwaniczne pokrycia kadmowe. Jednak ze względu na zagrożenie dla zdrowia ludzkiego oraz toksyczne oddziaływanie technologii galwanicznych na środowisko istnieje tendencja do eliminowania z przemysłu powłok kadmowych i zastępowanie ich powłokami innych typów. Problem ten dotyczy w przeważającej mierze pokrywanych elementów konstrukcyjnych wykonywanych ze stali, a zwłaszcza łopatek sprężarek silników lotniczych eksploatowanych w warunkach morskich. Perspektywicznym kierunkiem w rozwoju inżynierii powierzchni jest wytwarzanie powłok wielowarstwowych, wieloskładnikowych i kompozytowych. Zagadnieniu temu poświęca się coraz więcej uwagi i to zarówno w procesach: galwanicznych, natryskiwania cieplnego, konwencjonalnych metod CVD, jak też w procesach PVD. Taki stan zagadnienia uzasadnia podejmowanie badań nad wytwarzaniem powłok alternatywnych o charakterze anodowym, np. kompozytowych Al-AlN i wielowarstwowych Al/Al-AlN osadzanych metodą PVD. W pracy przedstawiono wyniki badań powłok kompozytowych i wielowarstwowych na bazie aluminium wytworzonych na stali martenzytycznej EI962 (11H11N2W2MF). Podano główne parametry procesu osadzania powłok oraz określono ich budowę na podstawie badań metalograficznych i rentgenowskiej analizy fazowej. Określono skład chemiczny wytworzonych powłok metodami GDOS i mikroanalizy rentgenowskiej.

EN

Polish industry, especially aviation to protect construction engine parts against corrosion commonly apply galvanic cadmium coatings. However, because of high harmfulness of cadmium and cadmium plating technology for human health as well as for the natural environment, there is tendency to eliminate this process from industry and substitute cadmium coatings for another. The problem mainly concerns the coated construction elements made of steel, particularly aircraft compressor blades operated in marine climate. The deposition of multilayered, multicomponent and composite coatings is a prospective direction in the development of surface engineering. This issue seems to draw more and more attention regardless of the considered technology: galvanic, thermal spraying, conventional CVD methods or PVD processes. Such state of problem justifies researching the deposition of alternative anodic coatings, e.g.: composite Al-AlN and multilayered coatings Al/Al-AlN type by PVD method. In this paper the investigations concerning deposition of composite and multilayer aluminium base coatings on samples made of martensitic stainless steel EI962 (11H11N2W2MF) type were presented. The main parameters of coatings deposition by Arc-PVD processes as well as their structure basic on metallographic and X-ray diffraction examinations were described. The profile chemical composition by GDOS analysis and microanalysis of the coatings deposited on EI962 stainless steel were shown.

11

Metaloceramiczne powłoki ochronne na wybranych elementach silników lotniczych

Mendala B., Swadźba L., Hetmańczyk M.

Ochrona przed Korozją

|

2008

|

nr 4-5

166-170

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań metaloceramicznych powłok antykorozyjnych otrzymywanych z wodorozcieńczalnych zawiesin nieorganicznych. Badania prowadzono na próbkach ze stali 10 oraz łopatkach sprężarki silnika lotniczego ze stali martenzytycznej typu EI961. Powłoki wytwarzano przy zastosowaniu zawiesiny typu Ceral 114, o obniżonej zawartości Cr+6. Dokonano oceny wyglądu wytworzonych powłok oraz zbadano ich grubość i strukturę. Przeprowadzono badania oporności elektrycznej, chropowatości oraz adhezji powłok metaloceramicznych poddanych obróbce wykańczającej. Zbadano odporność korozyjną powłok w obojętnej mgle solnej. Stwierdzono bardzo dobre właściwości antykorozyjne badanych powłok oraz ich zdolności do ochrony protektorowe stalowego podłoża.

EN

This paper presents results of investigation of corrosion resistant metallo-ceramic inorganic slurry coatings. Samples of steel type 10 and compressor blade of aircraft engine made of martensitic EI961 steel were tested. Coatings were deposited using Ceral 114 slurry, with lowered content of Cr+6. Appearance of obtained coatings was evaluated and their thickness and structure were determined. Tests of electrical resistance, roughness and adhesion to steel of coatings subjected to finishing were made. Corrosion resistance of coatings was investigated in neutral salt spray conditions. Very good anticorrosive properties of metallo-ceramic coatings and their ability of sacrificial protection of steel were found.

12

Characterization of microstructure and properties of TBC systems with gradient of chemical composition and porosity

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

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 3

945-954

EN

The article presents results of microstructural iiwestigation and properties characterization of gradient TBC. The study has been done on AMS 5599 type alloy with 4 different type of thermal coatings with gradients of porosity and chemical composition. In all specimens, NiCoCrAlY VPS-sprayed powder was employed as the bond coat. In addition, ZrC>2 x 8%YiC<3 powder (applied on its own or together with NiCoCrAlY powder, to form graded coatings of varied porosity and/or chemical composition) was used for the outer layer spraying. Four variants of coatings were prepared for further investigation: variant included the spraying of bondcoat and of 5 successive YSZ and NiCoCrAlY (APS) powder layers of a given thickness, so as to obtain the composition gradient; second variant included the spraying of bondcoat type powder and of a layer consisting of YSZ and NiCoCrAlY powders mixture of a particular capacity proportion of both of them. Next two variants included the spraying of NiCoCrAlY bondcoat and YSZ ceramic layers with a different thickness. The porosity gradient was created by a suilable modification of APS spraying parameters, whereas the step and smooth chemical composition transition resulted from the consecutive spraying of zirconium oxide and NiCoCrAlY powder (step gradient), and, in the second case, the smooth proportion change of the sprayed powder from the pure 100% NiCoCrAlY to the pure 100% zirconium oxide (smooth gradient), which led to the smooth proportion change of the two powders in the transition area. First of investigated area is related to quantitative and qualitative description of TBCs ceramic top surface such as application of confocal microscopy for characterization of top coat by topographic surface maps and their 3D reconstruction. The numerical treatment of the qualitative results provided the means for quantitative characterization of the surface roughness, employing parameters such as Ra, Rz etc, and using surface and linear methods of confocal image analysis. Second area of investigations is connected to XRD characterization of TBCs systems. The purpose of this research was identification of the residual stress in the top coat of differenl type of thermal barrier coating with gradient of chemical composition and gradient of porosity. The research allowed the identification of qualitative and quantitative phase constitution of top coat and residual stress measurement by sin2Ψ method form surface of coatings. It was found that the dominant phase in all the top coats was tetragonal zirconia with minor addition bf monoclinic type of ZrOi and in the case of residual stress the tensile stress conditions was observed in the case of gradient porosity and compressive stresses in the case of chemical gradient. Another subject is related to microstructural characterization of TBC gradient systems from their ąuality point of view. The parameters which identify the quality of the bond coat and the ceramic coating consist: the thickness of the layers; the quality of the connection between the metal base and the bond coat; the presence of cracks and oxides; porosity; globular grains; bond coat integrity; the roughness of the bond-coat surface; the microstructure of the ceramic layer - the analysis involves the porosity assessment, randomly oriented cracking and their shape, metallic impurities and globular grains.The last area of presented investigations is related to degradations of gradient thermal barrier coatings during oxidation test. Obtained results showed that TBC with gradient of chemical compositions are not the best solutions for improvement of life-time of TBC. Morę efFective is application of thermal insinuations with gradient of porosity.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące mikrostruktury i właściwości gradientowych warstw typu TBC. Stopem podłoża był nadstop na bazie niklu typu AMS 5599 z 4 typami pokryć gradientowych o zmiennym składzie chemicznym i porowatości. We wszystkich analizowanych przypadkach jako warstwę podkładową zastosowaną proszek NiCoCrAlY natryskiwany metodą VPS. Jako zewnętrzną warstwę ceramiczną zastosowano standardowy proszek typu Zr02x8%Y203 natryskiwany samodzielnie lub w połączeniu z proszkiem NiCoCrAlY w celu uzyskania gradientu składu chemicznego. Do badań wykonano cztery warianty warstw barierowych. Pierwszy z nich to pokrycie z gradientem składu chemicznego złożone z pięciu naprzemianległych warstw ceramiki YSZ i proszku NiCoCrAlY o założonej grubości natryskane metodą APS. Drugi rodzaj pokrycia z gradientem składu chemicznego charakteryzował się płynną zmianą zawartości proszku ceramicznego i NiCoCrAlY od czystego proszku podkładowego do czystej warstwy ceramicznej YSZ. Kolejne dwa typy pokryć gradientowych wykazywały różna porowatość i różną grubość warstwy ceramicznej na bazie fazy YSZ. Zmianę porowatości uzyskano poprzez modyfikację parametrów natryskiwania APS w trakcie procesu osadzania warstwy TBC. Zakres badań obejmował ilościową i jakościową charakterystykę powierzchni ceramicznej poprzez zastosowanie konfokalnej mikroskopii laserowej i stworzenie map topograficznych powierzchni oraz jej odwzorowanie 3D. Numeryczna analiza uzyskanych wyników pozwoliła na określenie ilościowych parametrów charakteryzujących chropowatość powierzchni takich jak Ra, Rz itd. Do badań zastosowano metodę liniową oraz powierzchniową. Drugi typ badań związany był z charakterystyką warstw TBC metodami jakościowej i ilościowej rentgenowskiej analizy strukturalnej. Celem tych badań było również określenie stanu naprężeń w różnego typu warstwach barierowych metodą sin2Ψ. Stwierdzono, że dominującą fazą jest faza tetragonalna z niewielką ilością fazy jednoskośnej ZrO2. Badania stanu naprężeń wykazały naprężenia dodatnie w przypadku warstw z gradientem porowatości i ujemne w przypadku gradientu składu chemicznego. Kolejny obszar przedstawionych badań dotyczy charakterystyki jakościowej i ilościowej mikrostruktury warstw barierowych. Ocenie podlegały następujące parametry jakościowe warstw gradientowych: grubość poszczególnych warstw, jakość połączenia pomiędzy podłożem a podkładem, obecność pęknięć i tlenków, porowatość; obecność ziaren o globularnej morfologii, ogólna jakość międzywarstwy podkładowej, chropowatość podkładu oraz mikrostruktura warstwy ceramicznej -ocena porowatości, losowo zorientowanych pęknięć i ich kształtu, a także obecność zanieczyszczeń metalicznych i ziaren globularnych. Ostatni obszar przedstawionych badań dotyczy trwałości i degradacji warstw barierowych z gradientem składy chemicznego i porowatości. W tym celu przeprowadzono testy odporności na utlenianie cykliczne. Uzyskane wyniki wskazują, że zastosowanie pokryć z gradientem składu chemicznego nie jest najlepszym rozwiązaniem. Natomiast warstwy ze zmienną porowatością zachowywały się poprawnie przez cały czas trwania testu.

13

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.

14

Characterisation of air plasma sprayed TBC coating during isothermal oxidation at 1100 degrees centigrade

Swadźba L., Moskal G., Mendala B., Gancarczyk T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 21, nr 2

81-84

EN

Purpose: The purpose of the research was characterization of failure modes of air plasma sprayed thermal barrier coatings system in isothermal oxidation test conditions at 1100 degrees centigrade. Design/methodology/approach: The research allowed the identification of microstructural changes that take place during oxidation test of TBC system in area of ceramic top-layer, bond coat and superalloy substrate. The examinations were conducted on specimens after 50, 120, 500, 1000, 1500 and 2000 h of exposition. The scope of the research encompassed a microstructural analysis with the use of macro and micro investigation - LM, SEM microscopy. Findings: It was found that the lifetime of commercially quality TBC system is related to progress of degradation in area of bond coat and ceramic top layer. During isothemal oxidation, the bond coat in the TBCs was oxidized to form an alumina and a mixed oxide layer between the top coat of yttria stabilised zirconia (YSZ) and bond coat of NiCoCrAlY alloy. At the moment of oxidation acceleration, the cracks initiation and propagation was observed in the mixed oxide layer near the YSZ. The crack propagation inducted the delamination and spallation of top coat after 1000 h oxidation. Research limitations/implications: The discussed research proves that main reason of degradation in TBC system is related to progressive development of cracks at the interface of the thermally grown oxide with bond coat, within the top coat or at its interface with TGO. Practical implications: The results obtained allow the determination of the degree of life-time lost of the investigated TBC system and specification of the time of safety operation. Originality/value: The results obtained are valuable contribution to durability characterization of TBC systems. They enable the identification of the degradation mechanisms, which enhances the durability and safety of high temperature operation.

15

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.

16

Obróbka cieplna stopow żarowytrzymalych oraz powłoki aluminidkowe stosowane w turbinach gazowych

Swadźba L., Hetmańczyk M., Mendala B., Turowska L.

Inżynieria Powierzchni

|

2007

|

nr 3

19-24

PL

Przedstawiono rozwój stopów źarowytrzymałych na bazie niklu w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat oraz wybrane parametry ich obróbki cieplnej. Dokonano charakterystyki materiałów stosowanych obecnie na elementy turbin silników lotniczych oraz stacjonarnych turbin gazowych. Przedstawiono skład chemiczny wybranych stopów na bazie niklu, podstawowe parametry obróbki cieplnej stopów oraz ich wpływ na strukturę. Porównano warunki eksploatacji oraz wymagane własności stopów dla turbin lotniczych oraz stacjonarnych. Scharakteryzowano parametry obróbki cieplnej stopu monokrystalicznego. Przedstawiono przykładowe schematy obróbki cieplnej wybranych stopów na bazie niklu z uwzględnieniem technologii wytwarzania powłok aluminidkowych. Określono wpływ parametrów obróbki cieplnej na rozmieszczenie pierwiastków w powłokach.

EN

The development of Ni-base superalloys technologies during the some last decades and some parameters of their heat treatment are presented. The characterisation of alloys used to make aero and stationary gas turbines parts is described. The chemical composition of Ni-base alloys and an example how heat treatment influenced on aluminide coatings structure are presented. The examples of parameters of heat treatment of CMSX-4 single crystal alloy are described. The scheme of heat treatment for IN 738 and Rene 77 superalloys with aluminising process parameters are presented. The structure and elements concentration in aluminide coatings after heat treatment are shown.

17

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).

18

Characterization of top surface of gradient TBC by confocal scanning laser microscopy

Moskal G., Swadźba L., Roskosz S., Mendala B.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

443-448

EN

In the article, the results of investigation of the outer layer of TBC type gradient ceramic coatings are presented (Fig. 3). The application of confocal microscopy enabled the imaging of topographic surface maps and their 3D reconstruction (Fig. 4,5). The numerical treatment of the qualitative results provided the means for quantitative characterisation of the surface roughness, employing parameters such as Ra, Rz etc., and using surface and linear methods of confocal image analysis. The Ra parameter results are similar for the surface and linear method, whereas Rz parameters exhibit notable differences (Table 1 and 2). For the sake of comparison, the investigation of TBC coatings surface was also done with the use of a scanning microscope and special observation techniques, enabling surface topography imagining (BSE, BSETOPO) (Fig. 6-8).

PL

W artykule tym przedstawiono wyniki badań stanu warstwy wierzchniej gradientowych pokryć ceramicznych typu TBC (Rys.3). Zastosowanie mikroskopii konfokalnej pozwoliło na odwzorowanie map topograficznych powierzchni i ich rekonstrukcje w wymiarze 3D (Rys.4-7). Obróbka numeryczna uzyskanych wyników jakościowych pozwoliła na ilościową charakterystyką chropowatości powierzchni, poprzez wyznaczenie m.in. takich parametrów jak Ra i Rz, przy użyciu powierzchniowych jak i liniowych metod analizy uzyskanego obrazu komfokalnego. Wyniki pomiarów parametru Ra są bardzo zbliżone dla metody powierzchniowej jak i liniowej, natomiast wyraźne różnice występują w przypadku pomiarów Rz (Tab. 1 i 2). Dla celów porównawczych wykonano badania powierzchni warstw TBC przy użyciu mikroskopu skaningowego i specjalnych technik obserwacji, umożliwiających odwzorowanie topografii powierzchni (BSE, BSETOPO) (Rys.8).

19

Characterisation of APS TBC system during isothermal oxidation at 1100oC

Swadźba L., Moskal G., Mendala B., Gancarczyk T.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 12

757-764

EN

Purpose: The purpose of presented investigations was metallographical characterization of failure modes of air plasma sprayed thermal barrier coatings system in isothermal oxidation test conditions at 1100C. Design/methodology/approach: The research allowed the characterization of microstructural changes during oxidation test of zirconia coating in area of ceramic top-layer, bond coat and superalloy substrate. The examinations were conducted on TBC's specimens after 50, 120, 500, 1000, 1500 and 2000h of exposition and encompassed a microstructural analysis with the use of macro and micro investigation-LM, SEM microscopy. Findings: It was found that the durability of commercially quality TBC system is related to progress of degradation modes of bond coat and top layer. During isothermal oxidation test, the bond coat was oxidized to form of a dens alumina and a porous mixed oxide layer between the top coat of YSZ and bond coat of NiCoCrAlY alloy. At the moment of oxidation acceleration, the process of cracks initiation and propagation was observed mainly in the mixed oxide layer near the YSZ. The observed crack propagation inducted the delamination and spallation of top coat after 1000h oxidation. Research limitations/implications: The discussed research showed that main reason of degradation in TBC system is related to development of cracks at the interface between thermally grown oxide and bond coat, within the top coat or at its interface with TGO. Practical implications: The results allow the determination of the degree of durability lost of the thermal brier coating system and specification of the time of safety operation. Originality/value: The obtained results are valuable contribution to characterization of TBC systems. They enable the identification of the degradation mechanisms, which enhances the durability and safety of high temperature operation.

20

Utlenianie izotermiczne oraz jego wpływ na mikrostrukturę powłoki typu TiAlSi osadzonej metodą Arc-PVD na stopie TiAICrNb

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

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

Vol. 26, nr 5

231-235

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące odporności na utlenianie stopu TiAlCrNb z zastosowaną aluminidkową powłoką ochronną na osnowie fazy TiAl3 modyfikowanej krzemem. Powłoka osadzona została dwustopniową metodą Arc-PVD. W pierwszej kolejności uzyskano warstwę AlSi, następnie przeprowadzono obróbkę cieplną w celu uzyskania powłoki typu TiAlSi. Przeprowadzone zostały badania odporności na utlenianie izotermiczne w temperaturze 950°C. Czas wygrzewania wynosił 200 godzin. Wykonano również badania składu chemicznego i fazowego zgorzeliny, a także badania mikrostrukturalne samej powłoki. Stwierdzono, ze zastosowana powłoka zasadniczo poprawiła odporność na utlenianie izotermiczne stopu podłoża, co wynika z tworzenia się ochronnej warstwy tlenku Al203. Efekt wysokiej aktywności aluminium jest potęgowany obecnością krzemu, który wraz ze spadkiem zawartości aluminium w powłoce, intensyfikuje wiązanie tytanu w żaroodporne krzemki, zmniejszając jego aktywność i skłonność do tworzenia niepożądanego tlenku Ti02.

EN

This article presents results of isothermal oxidation behavior of TiAlCrNb intermetallic alloy of Ti-48-2-2 type with and without an aluminide coating modified by Si. The Al-Si coating was deposited by the Arc-PVD method and subsequently the samples were heat treated in vacuum at 950°C for 2 hours to form a diffusion AI-Si coating. Oxidation tests were carried out at 950°C, 200 hours in laboratory air. Mass changes of the specimens were recorded after 200h of testing. Phase composition, morphology and distribution of elements in AI-Si layers as well as in the scale were investigated using EDX, XRD and SEM. The results showed that Al--Si coating was very effective in increasing the oxidation resistance of y- TiAl based alloy. The oxide formed on the coating after oxidation is composed mainly of Al203 and a small portion of Ti02.