Wysokotemperaturowa korozja siarkowa stopów TiAlNb i TiAlAg

• Autorzy: Przybylski, K. , Prażuch, J. , Maziarz, W. , Dutkiewicz, J.

Warianty tytułu

EN

High temperature sulphide corrosion of TiAlNb and TiAlAg alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano kinetykę siarkowania dwu- i trójskładnikowych stopów TiAl o składach: Ti-48Al, Ti-52Al-2Nb, Ti-51,2Al-5Nb, Ti-48,4Al-10Nb, Ti-45,9Al-15Nb i Ti-49Al-2Ag (%, at.) w temperaturze 900 stopni Celsjusza w parach siarki w zakresie ciśnień p(S2) od 10 do 1000 Pa. Stopy TiAl, TiAlNb i TiAlAg, otrzymane metodą mechanicznej syntezy (MS), miały budowę krystaliczną i zawierały dwie główne fazy: gamma-TiAl and alfa2-Ti3Al, o wielkości ziaren od około 0,2 do 1 mikrometra. Zidentyfikowano w nich również pewne ilości alfa-Ti oraz związków AlNb3 i Ag3Al. Siarkowanie stopów TiAlNb i TiAlAg w ww. warunkach przebiegało według prawa parabolicznego lub paraboliczno-liniowego w zależności od czasu reakcji siarkowania. Szybkość siarkowania wzrastała ze wzrostem zawartości niobu w zakresie od 2 do 15 % at. Nb. W przypadku stopu Ti-49Al-2Ag szybkość siarkowania była znacznie większa w porównaniu do stopu Ti-49Al-2Nb, co prawdopodobnie spowodowane było tworzeniem się ciekłej fazy Ag-Al. Zgorzeliny siarczkowe powstałe na międzymetalicznych fazach TiAlNb o zawartości niobu od 2 do 15% at. oraz na TiAl-2Ag były wielofazowe i składały się z trzech różnych warstw. Najbardziej zewnętrzna warstwa siarczkowa zbudowana była z Al2S3 z niewielką ilością siarczków tytanu. Następna warstwa składała się głównie z siarczków tytanu. Natomiast warstwa wewnętrzna zbudowana była z mieszaniny siarczków tytanu i siarczku glinu. W zgorzelinach tych zidentyfikowano następujące fazy siarczkowe: Al2S3, TiS, Ti3S4, TiS2 i Ti5S8, w zależności od warunków reakcji siarkowania (p(S2)=10/1000 Pa). Mikrostrukturę na przekrojach poprzecznych i skład fazowy produktów reakcji siarkowania badano metodą mikroskopii skaningowej (SEM), mikroanalizy rentgenowskiej (EDS) i dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD).

EN

The sulphidation behaviour of binary Ti-48Al and ternary Ti-52Al-2Nb, Ti-51.2Al-5Nb, Ti-48.4Al-10Nb and Ti-45.9Al-15Nb (at. %) alloys were studied in sulphur vapour atmosphere at 900 degrees centigrade in the pressure range of 10/1000 Pa. Binary TiAl and ternary TiAlNb, TiAlAg intermetallic alloys were prepared by mechanical alloying (MA) process. After annealing at 1250 degrees centigrade for 2 hrs in vacuum all three kinds of alloys were crystalline including two main phases gamma-TiAl and alpha2-Ti3Al with grain size in the range from about 0.2 to 1 micrometre. Some amounts of alpha-Ti, AlNb, and Ag3Al were also detected. In the present study the influence of niobum and silver additions to TiAl on the sulphidation kinetics, microstructure and chemical composition was investigated. Sulphidation of the TiAlNb and TiAlAg alloys in sulpur vapour atmosphere at 900 degrees centigrade in the pressure range of 10/1000 Pa followed a parabolic or parabolic-linear rate law depending on the time of reaction. The amounts of sulphidation increased with increasing addition of niobum in the range from 2/15 at. %. In the case of Ti-49Al-2Ag alloy sulphidation kinetics was much faster in comparison with other alloy compositions, caused probably by an Ag-Al liquid phase formation. The sulphide scales formed on TiAlNb with 2/15 at. % of Nb and TiAl-2 at. % Ag alloys had multi-layered structures of three different layers. It was observed that outermost sulphide layer is rich in Al2S3 with addition of some amount of Ti-sulphides and outer layer is rich in Ti-sulphides. The inner layer consisted of a mixture of Ti-sulphides and Al2S3. Ti-sulphides were represented by TiS, Ti3S4, TiS2, Ti5S8 depending on the sulphidation conditions, p(S2)=10/1000 Pa. The cross-sectional microstructure and phase composition of the reaction products were examined by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDS), and X-ray diffraction analysis (XRD).

Słowa kluczowe

PL

korozja siarkowa; wysokotemperaturowa korozja siarkowa; stop; stop dwuskładnikowy; stop trójskładnikowy; siarkowanie; szybkość siarkowania; skład chemiczny; mikrostruktura; siarczek

EN

sulphide corrosion; high temperature sulphide corrosion; alloy; binary alloy; ternary alloy; sulphidation; sulphidation kinetics; chemical composition; microstructure; sulphide

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2003
• Tom: R. XXIV, nr 4-5
• Strony: 213--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Przybylski, K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków,

autor

Prażuch, J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

autor

Maziarz, W.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

autor

Dutkiewicz, J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

Bibliografia

• 1. Izumi T., YoshiokaT., Hayashi S., Narita T.: Sulfidation properties of TiAl-2 at. % X (X = Y, Fe, Co, Cu, Nb, Mo, Ag and W) alloys at 11731 K and 1.3 Pa sulfur pressure in an H2S-H2 gas mixture, Intermetallics 8 (8) (2000) 891-901
• 2. Narita T., Izumi T., Yatagai M., Yoshioka T.: Sulfidation processing and Cr addition to improye oxidation resistance of TiAl intermetallics in air at 1173 K, Intermetallics 8 (4) (2000) 371-379
• 3. Izumi T., Yashioka T., Hayashi S., Narita T.: Sulfidation properties of TiAl-2 at. % X (X = Si, Mn, Ni, Ge, Y, Zr, La and Ta) alloys at 1173 K and 1.3 Pa sulfur pressure in an H2S-H2 gas mixture, Intermetallics 10 (4) (2002) 353-360
• 4. Kai W., Chang M. T., Bal C. Y.: The Corrosion of Titanium Aluminides in H2/H2S/H2O Atmospheres at 800-1000°C, Oxidation of Metals 55 (3-4) (2001) 191-214
• 5. Mrowec S.: The Problem of Sulfur in High Temperature Corrosion, Dxidation of Metals, 44 (1/2) (1995) 177-209
• 6. Mrowec S., Przybylski K.: High Temperature Materials and Processes 6 (1/2) (1984) 1-79
• 7. Shemet Y., Tyagi A. K., Becker J. S., Lersch P., Singheiser L., Quaddakers W. J.: The formation of protective alumina-based scales during high-temperature air oxidation of y-TiAl alloys, Oxidation of Metals 54 (3-4) (2000) 211-253
• 8. Maziarz W., Dutkiewicz J.: Analytical TEM Study of Mechanically Alloyed TiAl Intermetalics, Proc. 3rd Japanese-Polish Joint Seminar on Materials Analysis, 16-19 July 2000, Zakopane, Poland, stt. 55-56
• 9. Grzesik Z., Mrowec S., Walec T., Dąbek J.: New Microthermograyimetric Apparatus. Kinetics of metal sulphidation and transport properties of transition metal sulphides, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 59 (2000) 985-997
• 10. Przybylski K., Prażuch J., Maziarz W., Dutkiewicz J.: Multilayer hybride stmctures of Ti- and Al-sulfides formed on TiAlNb and TiAlAg alloys during high temperature sulphidation. Proc. of Seminar on Nanotechnology for Fabrication of Hybrid Materials, 6-8 Nov, 2002, Toyama, Japan, str. 155-158
• 11. Przybylski K., Prażuch J., Maziarz W., Dutkiewicz J.: High temperature sulphide corrosion of TiAlNb and TiAlAg alloys, praca przyjęta do druku w Annales de Chimie des Materiaux, 2003