تشکیل و ارزیابی ریزساختاری پوشش سیلیسیم آلومیناید حاصل از نفوذ هم‌زمان به‌روش سمانتاسیون جعبه‌ای در دمای بالا

نویسندگان

1 1- گروه مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 2- دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

در این پژوهش ایجاد یک پوشش سیلیسیم آلومینایدی روی ابرآلیاژ پایه نیکل IN738LC، با استفاده از نفوذ هم‌زمان بررسی شده است. به‌منظور دست‌یابی به شرایط بهینه پوشش­ دهی با استفاده از یک نرم­ افزار ترموشیمیایی پیش­بینی شد که می­ توان با استفاده از پودر NH4Cl به‌عنوان فعال کننده، به یک پوشش سیلیسیم آلومیناید در دمای 900 درجه سانتی‌گراد دست یافت. از دو مخلوط پودری با ترکیب 7Si-14Al-(1-3)NH4Cl-Al2O3 (برحسب درصد وزنی) و 16Si-4Al-(1-3)NH4Cl-Al2O3 (به‌ترتیب با نسبت Si/Al 5/0 و 4) استفاده شد. نتایج نشان داد که هر دو پوشش دارای ساختاری چند لایه و متشکل از فاز غالب AlNi2Si می­ باشند. در پوشش حاصل از مخلوط پودری با نسبت 5/0=Si/Al، یک لایه­ی متخلخل و ترد از فاز NiSi روی سطح تشکیل می­شود که خواص مکانیکی پوشش را تا حدی کاهش می­ دهد. هم‌چنین در مراحل اولیه فرایند، نفوذ به داخل آلومینیوم غالب است و در ادامه با نفوذ درون‌گرای سیلیسیم، به‌تدریج فاز NiAl به فاز AlNi2Si و در نهایت NiSi تبدیل می‌شود. نمونه پوشش‌دهی شده با استفاده از مخلوط با نسبت 4=Si/Al شامل فاز مطلوب AlNi2Si و عاری از فاز ترد NiSi بهترین مشخصه ­های ریزساختاری را از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Formation and Microstructural Characterization of Co-DepositedSilicon Aluminide Coating Produced by Pack Cementation Process at High Temperature

نویسندگان [English]

  • M. Pourkarimi 1
  • B. Lotfi 1
  • F. Shahriari Nogorani 2
چکیده [English]

In this study, creation of a silicon aluminide coating on IN738LC nickel-based superalloy has been investigated, using co-deposition process. Thermochemical calculations indicated the possibility of obtaining a silicon aluminide with NH4Cl activated pack powder at 900°C, in order to achieve coating with desirable structures. Two powder mixtures with nominal compositions of 7Si-14Al-(1-3) NH4Cl-Al2O3 (wt. %) and 16Si-4Al-(1-3) NH4Cl-Al2O3 (4 and 0.5 Si/Al ratios, respectively) were used. According to the results, both coatings showed multi-layered structures containing AlNi2Si as dominant phase. In coating created by pack powder with Si/Al ratio of 0.5, a porous and brittle layer of NiSi was formed on the surface which deteriorated the mechanical properties of coating to some extent. It was found that inward diffusion of Al was dominant at the first stage, while afterward, inward diffusion of Si led to conversion of NiAl phase to AlNi2Si and, finally, to NiSi phase. Eventually, the sample coated by Si/Al=4, showed superior microstructural characteristics, containing desirable AlNi2Si phase without undesirable brittle NiSi phase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High temperature diffusion coating
  • Co-deposition
  • Modified aluminide coating
  • Pack cementation
  • Nickel base superalloy

مراجع

1. Lai, H., “High Temperature Oxidation and Corrosion of Ni-Based Superalloys for Industrial Gas Turbines”, Doctorial Thesis of Philosophy, Department of Applied Physics, Chalmers University of Technology, 2014.
2. Shirvani, K., Saremi, M., Nishikata, A., and Tsuru, T., “The Effect of Silicon on Cyclic Oxidation Behavior of Aluminide Coatings on Superalloy IN-738LC”, Materials Science Forum, Vol.461, No.464, pp. 335-342, 2004.
3. P.Stinner, C., “The Codeposition of Chromium and Aluminum on Nickel Based Alloys by Pack Cementation”, Doctorial Thesis of Philosophy, University of Pittsburg, 1997.
4. Han, X., “Diffusion Coatings for High-Temperature Applications on Ni-base Superalloys”, Doctoral Programme in Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, Politecnico DI Milano, 2011.
5. Menezes Nunes, R., Asher, R.K., Bardet, W.P., et al., “ASM HandBook”, Vol. 5, 1994.
6. Sivakumar, R., and Mordike, B.L., “High Temperature Coatings for Gas Turbine Blades: A Review”, Surface and Coatings Technology, Vol. 37, pp. 139-160,.1989.,
7. Xiang, Z.D., Rose, S.R., Burnell-Gray, J.S., and Datta, P.K., “Co-deposition of Aluminide and Silicide Coatings on γ-TiAl by Pack Cementation Process”, Journal of Materials Science, Vol.38, pp. 19–28, 2003.
8. Arabi, H., Rastegari, S., Salehpour, Z. and Bakhshi, A., “Formation Mechanism of Silicon Modified Aluminide Coating on a Ni-Base Superalloy”, IUST International Journal of Engineering Science, Vol.19, No.5, pp. 39-44, 2009.
9. Krejcí, J., “Structure Analysis of Combustion Turbine Blades Made from Ni Superalloy Protected by Codeposition of Al and Si”, Conference of Metal 2004, Ostrava, Tanger, pp. 160-166, 2004.
10. Xiang, Z.D., and Datta, P.K., “Codeposition of Al and Si on Nickel Base Superalloys by Pack Cementation Process”, Materials Science and Engineering,
Vol. 356, pp. 136-144, 2003.
11. Shirvani, K., Saremi, M., Nishikata, A., and Tsuru, T., “The role of Silicon on Microstructure and High Temperature Performance of Aluminide Coating on Superalloy In-738LC”, Journal of Materials Transactions, Vol. 43(10), pp. 2622-2628, 2002.
12. Yang, R., Wu, Y., Wu, Q., Li, S.,Ma, Y., and Gong, S., “Microstructure and Oxidation Behavior of Modified Aluminide Coating on Ni3Al-based Single Crystal Superalloy”, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 25, pp. 825-830, 2012.
13. Xiang, Z.D., and Datta, P.K., “Deposition of Silicon Modified Aluminide Coatings on Nickel Base Superalloys by Pack Cementation Process”, Materials Science and Technology, Vol. 19, No. 935, pp. 935-944, 2003.
15. Fabrichnaya, O., Light Metal Systems, Vol. 11A3, pp. 1-25, 2005.
17. Raghavan, V., “Al-Ni-Si (Aluminum-Nickel-Silicon)”, Journal of Phase Equilibria and Diffusion, Vol. 26(3), pp. 262-267, 2005.
18. Čel ko, L., and Klakurková, L., “Effect of Heat Treatment on the Al + Si Diffusion Coatings on Ni-Based Alloys”, Chem. Listy, Vol. 102, pp. 265-1311, 2008.
19. Raghavan, V., “Al-Cr-Si (Aluminum-Chromium-Silicon)”, Journal of Phase Equilibria and Diffusion, Vol. 29)2), pp. 176-178, 2008.
20. Gupta, S.P., “Formation of Intermetallic Compounds in the Cr-Al–Si Ternary System”, Materials Characterization, Vol. 52, pp. 355-370, 2004.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 35، شماره 4
بهمن 1395
صفحه 113-125

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی