ایجاد و ارزیابی رفتار اکسیداسیون پوشش زیرکونیا- آلومیناید بر آلیاژ پایه‌نیکلی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی‌شهر، اصفهان، ایران

چکیده

کاربردهای عملی پوشش‌های سد حرارتی شامل لایه پیوندی آلومیناید، به‌دلیل چسبندگی کم پوسته اکسیدی به پوشش آلومیناید تحت تأثیر تنش‌های حرارتی، محدود شده است. با توجه به اثرات مثبت عناصر اکسیژن‌دوست یا اکسیدهای آنها بر خواص اکسیداسیون دمای بالا، در پژوهش حاضر زیرکونیا به یک پوشش آلومینایدی افزوده شد. به این منظور، لایه‌ای از کامپوزیت نیکل- زیرکونیا در حمام واتس بر سطح زیرلایه پایه نیکلی به‌کمک آبکاری الکتریکی اعمال شد. در ادامه آلومینیوم‌دهی مطابق با روش رایج دومرحله‌ای در دو دمای 760 و 1080 درجه سانتی‌گراد انجام شد. مشخصه‌یابی ریزساختار پوشش‌ها بلافاصله پس از پوشش‌دهی و پس از اکسیداسیون چرخه‌ای، هر چرخه پنج ساعت در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنجی توزیع انرژی و پراش پرتو ایکس انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار سه‌گانه معمول پوشش‌های آلومینایدی ساده با اکتیویته بالا، در زیر لایه رسوب الکتریکی نیکل- زیرکونیا اولیه تشکیل شده و این لایه نیز پس از فرایند آلومینیوم‌دهی به فاز متخلخل NiAl تقریباً خالص تبدیل شده است. مقاومت به اکسیداسیون پوشش اصلاح شده با زیرکونیا، با وجود لایه سطحی متخلخل، به‌طور قابل ملاحظه‌ای بهبود یافت. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Formation and Evaluation of Oxidation Behavior of Zirconia- Aluminide Coating on Nickel- Based Alloy

نویسندگان [English]

  • F. Shahriari Nogorani 1
  • M. afari 1
  • M. A. Taghipoor 2
  • A. Atefi 2
1 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University- Khomeinishahr Branch, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

Practical applications of thermal barrier coatings with aluminide bond-coats are limited due to oxide scale spallation of the aluminide coating under applied thermal stresses. Considering the positive effects of oxygen-active elements or their oxides on the high temperature oxidation behavior, in this research zirconia was introduced into an aluminide coating. For this purpose, a Watts type bath was used to electroplate a layer of Ni-ZrO2 composite on a Ni-based substrate. Aluminizing was performed using the conventional two-step process at 760 and 1080 °C. Microstructural characterization of coatings in the as-coated conditions and after cyclic oxidation via 5-hour cycles at 1050 °C was performed using electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffractometry. The results showed that the general three-zone microstructure of the simple high activity aluminide coatings develops below the pre-deposited nickel-zirconia layer and latter converts to a nearly un-alloyed porous NiAl. In spite of its porous surface layer, the zirconia modified coating has a higher oxidation resistance than the unmodified aluminide coating.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminide coating
  • Composite electroplating
  • microstructure
  • zirconia
  • Cyclic oxidation

مراجع

1. Drewett, R., “Review of Some Aspects Concerning the Formation of Metallic Diffusion Coatings on Ferrous Metals”, Corrosion Science, Vol. 9, pp. 823-847, 1969.
2. Goward, G. W., and Seigle, L. L., Diffusion Coatings for Gas Turbine Engine Hot Section Parts, in: ASM Hand book, Vol. 5, Surface Engineering, ASM Int., Materials Park, Ohio, p. 611. 1994.
3. Panat, R., Zhang S., and Hsia, K. J., “Bond Coat Surface Rumpling in Thermal Barrier Coatings”, Acta Materialia, Vol. 51, pp. 239-249, 2003.
4. Godlewski, K., and Godlewska, E., “Effect of Chromium on the Protective Properties of Aluminide Coatings”, Oxidation of Metals, Vol. 26, pp. 125-138, 1986.
5. 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”, Materials Transactions, Vol. 43, pp. 2622-2628, 2002.
6. Pedraza, F., Kennedy, A. D., Kopecek, J., and Moretto, P., “Investigation of the Microstructure of Platinum-Modified Aluminide Coatings”, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 4032-4039, 2006.
7. Li, M. J., Sun, X. F., Guan, H. R., Jiang, X. X., and Hu, Z. Q., “Effect of Palladium Incorporation on Isothermal Oxidation Behavior of Aluminide Coatings”, Oxidation of Metals, Vol. 59, pp. 483-502, 2003.
8. Jedlinski, J., Godlewski, K., and Mrowec, S., “The Influence of Implanted Yttrium and Cerium on the Protective Properties of a β-NiAl Coating on a Nickel-Base Superalloy”, Materials Science and Engineering, Vol. A121, pp. 539-543, 1989.
9. Peng, X., Li, T., and Pan, W. P., “Oxidation of A La2O3-Modified Aluminide Coating”, Scripta Materialia, Vol. 44, pp. 1033-1038, 2001.
10. Young Kim, K., Ho Jun, J., and Kee Lee, J., “High Temperature Corrosion Study on Yttrium Modified Aluminide Coatings on IN 713C”, Journal De Physique IV, Vol. 3, pp. 521-529, 1993.
11. Fukumoto, M., Suzuki, T., Hara, M., and Narita, T., “Effect of the Electrodeposition Temperature on the Cyclic-Oxidation Resistance of Ni Aluminide Containing Zr Formed by Molten-Salt Electrodeposition”, Materials Transactions, Vol. 50, pp. 335-340, 2009.
12. Hara, M., Matsuda, Y., Fukumoto, M., and Narita, T., “Formation of Ni-Aluminide Coating Containing Hf by Molten-Salt Electrodeposition and Cyclic-Oxidation Resistance”, Oxidation of Metals, Vol. 70, pp. 295-306, 2008.
13. Shahriari, F., Ashrafizadeh, F., and Saatchi, A., “Microstructural Analysis and Growth Mechanism of Single-Step Aluminum-Titanium Diffusion Coatings on a Nickel-Based Substrate”, Surface and Coatings Technology, Vol. 210, pp. 97-102, 2012.
14. Kuppusamia, P., and Murakami, H., “A Comparative Study of Cyclic Oxidized Ir Aluminide and Aluminized Nickel Base Single Crystal Superalloy”, Surface and Coatings Technology, Vol. 186, pp. 377-388, 2004.
15. Xiang, Z. D., and Datta, P. K., “Formation of HF- and W-Modified Aluminide Coatings on Nickel-Base Superalloys by the Pack Cementation Process”, Materials Science and Engineering, Vol. A363, pp. 185-192, 2003.
16. Bose, S., High Temperature Coatings, Elsevier Science & Technology Books, p. 88, 2007.
17. Nicholls, J. R., Long, K. A., and Simms, N. J., Diffusion Coatings, In: Shreir’s Corrosion, Elsevier, pp. 2532-2555, 2010.
18. Naumenko, D., Pint, B. A., and Quadakkers, W. J., “Current Thoughts on Reactive Element Effects in Alumina-Forming Systems: In Memory of John Stringer”, Oxidation of Metals, Vol. 86, pp. 1-43, 2016.
19. Bacos, M. -P., Dorvaux, J. -M., Landais, S., Lavigne, O., Mévrel, R., Poulain, M., Rio, C., and Vidal-Sétif, M. -H., “10 Years-Activities at Onera on Advanced Thermal Barrier Coatings”, Aerospacelab, pp. 1-14, 2011.
20. “Alloy IN-738 Technical Data”, The International Nickel Co., Inc., 15C1-81 5789, 1981.
21. Dini, J. W., Electrodeposition: The Materials Science of Coatings and Substrates, Noyes Publications, Westwood, New Jersey, USA, p. 59, 1993.
22. Goward, G. W., and Boone, D. H., “Mechanisms of Formation of Diffusion Aluminide Coatings on Nickel-Base Superalloys”, Oxidation of Metals, Vol. 3, pp. 475-495, 1971.
23. Taylor, D., “Further Studies on the Nickel-Aluminum System. I. The β-NiAl and δ-Ni2Al3 Phase fields”, Journal of Applied Crystallography, Vol. 5, pp. 201-209, 1972.
24. Sen, R., Das, S., and Das, K., “Synthesis and Properties of Pulse Electrodeposited Ni-CeO2 Nanocomposite”, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 43A, pp. 3809-3823, 2012.
25. Zagula-Yavorska, M., Sieniawski, J., and Romanowska, J., “Oxidation Behaviour of Zirconium-Doped NiAl Coatings Deposited on Pure Nickel”, Archive of Materials Science and Engineering, Vol. 58, pp. 250-254, 2012.
26. Zare Mohazabie, M. S., and Shahriari Nogorani, F., “The Addition of Zirconium to Aluminide Coatings: The Effect of the Aluminide Growth Mode”, Surface and Coatings Technology, Vol. 378, 2019. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.1250.
27. Angenete, J., Stiller, K., and Langer, V., “Oxidation of Simple and Pt-Modified Aluminide Diffusion Coatings on Ni-Base Superalloys-I. Oxide Scale Microstructure”, Oxidation of Metals, Vol. 60, pp. 47-82, 2003.
28. Donachie, M. J., and Donachie, S. J., Superalloys, A Technical Guide, 2nd Edition, P. 29, ASM International, 2002.
29. Zhou, Y., Zhao, X., Zhao, C., Hao, W., Wang, X., and Xiao, P., “The Oxidation Performance for Zr-Doped Nickel Aluminide Coating by Composite Electrodepositing and Pack Cementation”, Corrosion Science, Vol. 123, pp. 103-115, 2017.
30. Klumpes, R., Marée, C. H. M., Schramm, E., and de Wit, J. H. W., “The Influence of Chromium on the Oxidation of Beta-NiAl at 1000°C”, Materials and Corrosion, Vol. 47, No. 11, pp. 619-624, 1996.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 39، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 1-12

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی