PL241815B1 - Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania - Google Patents
Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania Download PDFInfo
- Publication number
- PL241815B1 PL241815B1 PL435607A PL43560720A PL241815B1 PL 241815 B1 PL241815 B1 PL 241815B1 PL 435607 A PL435607 A PL 435607A PL 43560720 A PL43560720 A PL 43560720A PL 241815 B1 PL241815 B1 PL 241815B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- diffusion
- outer zone
- platinum
- layer
- zone
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest dyfuzyjna warstwa aluminidkowa zawierająca strefę zewnętrzną (1) oraz dyfuzyjną strefę wewnętrzną (2) będącą pomiędzy strefą zewnętrzną (1) a materiałem podłoża (3), charakteryzuje się tym, że jej strefa zewnętrzna (1) zawiera stały roztwór (Ni, Pt, Pd) Al, przy czym największe stężenie platyny występuje w obszarze przypowierzchniowym (1a) strefy zewnętrznej (1) i wynosi od 3 do 15% at. Największe stężenie palladu występuje w obszarze wewnętrznym (1b) strefy zewnętrznej (1) i wynosi od 3 do 10% at. Strefa zewnętrzna (1) ma wydzielenia zawierające do 4% at. cyrkonu. Zgłoszenie obejmuje też sposób wytwarzania dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie pallad oraz platynę osadza się elektrochemicznie na podłożu (3) z nadstopu niklu do uzyskania warstwy o grubości od 7 do 9 mikrometrów, następnie przechodzi się do drugiego etapu, w którym podłoże (3) poddaje się aluminiowaniu oraz cyrkonowaniu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Jednocześnie z aluminiowaniem prowadzi się cyrkonowanie.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest dyfuzyjna warstwa aluminidkowa mająca zastosowanie zwłaszcza w gazowych turbinach energetycznych i odrzutowych turbinowych silnikach lotniczych jako powłoka ochronna łopatek z nadstopów niklu.
Od kilkudziesięciu lat rozwijane są technologie dyfuzyjnych warstw aluminidkowych służących do ochrony powierzchni łopatek turbin energetycznych i silników lotniczych wykonanych z nadstopów niklu. Warstwy te są wytwarzane metodami: kontaktowo-gazową (ang. pack cementation), gazową (ang. out of pack, vapour aluminizing) oraz chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD (ang. Chemical Vapour Deposition). Warstwa ta składa się ze strefy zewnętrznej złożonej z kryształów fazy β-NiAl oraz wewnętrznej strefy dyfuzyjnej. Znane są dwa podstawowe mechanizmy wzrostu warstwy w wyniku dordzeniowej dyfuzji aluminium (HALT, High Activity Low Temperature) i odrdzeniowej dyfuzji niklu (HTLA, High Temperature, Low Activity). W ostatnich kilkudziesięciu latach prowadzone są prace nad modyfikacją warstw aluminidkowych innymi pierwiastkami.
W praktyce przemysłowej stosowana jest modyfikacja platyną. Z publikacji H. M. Tawancy, N. M. Abbas, T. N. Rhys-Jones, Role of platinum in aluminide coatings. Surface and Coatings Technology, 49 (1991) 1-3, 1-7 wiadome jest, że wprowadzenie platyny zwiększa stabilność dyfuzyjną i ogranicza obecność wydzieleń zawierających chrom w strefie zewnętrznej warstwy aluminidkowej, a także zapobiega odrdzeniowej dyfuzji metali wysokotopliwych.
Warstwa aluminidkowa modyfikowana platyną znana jest również z publikacji amerykańskiego opisu wynalazku US 5658614 A oraz została wprowadzona na szeroką skalę do praktyki przemysłowej przez firmę Howmet. Podobne rozwiązanie znane z publikacji opisu patentowego US 7510779 B1 było stosowane przez General Electric.
Dalsze modyfikacje polegały na wprowadzeniu palladu zamiast platyny. Z publikacji Li, M. J., Sun, X. F., Guan. H. R., Jiang. X. X., Hu. Z. Q. Cyclic oxidation behavior ofpalladium-modified aluminide coating Surface and Coatings Technology, 167 (2001) 1, s. 106-111 wynika, że wprowadzenie palladu wpływa na stabilizację warstwy tlenku aluminium w trakcie utleniania i opóźnia rozkład fazy NiAl. Zastosowanie takiej modyfikacji znane jest z opisu wynalazku US 4962005 A.
Z publikacji Swadzba, R., Hetmańczyk, M., Sozańska, M., Witala, B., Swadzba, L. Structure and cyclic oxidation resistance of Pt, Pt/Pd-modified and simple aluminide coalings on CMSX-4 superalloy. Surface and Coatings Technology, 206 (2011) 7, s. 1538-1544 znana jest jednoczesna modyfikacja warstwy aluminidkowej platyną i palladem. Inne modyfikacje warstw aluminidkowych dotyczyły wprowadzenia kolejnych pierwiastków takich jak Hf\Zr. Z publikacji D. Whittenberger, J., Noebe, R. D. Elevated temperature compressive properties of Zr-modified NiAl Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 27 (1996) 9. s. 2628-2641 wiadome jest, że zawartość Zr w fazie NiAl powinna mieścić się w zakresie 0.1-0.3%, a zwiększenie stężenia pogarsza żaroodporność warstwy aluminidkowej. Z publikacji Fan, Q., Yu. H., Wang, T.-G., Wu, Z., Liu, Y. Preparation andisothermal oxidation behavior of Zr-Doped, Pt-modified aluminide coating prepared by a hybrid proces. Coatings: 8 (2018) 1, wiadome jest, że wprowadzenie cyrkonu do warstwy aluminidkowej modyfikowanej platyną zwiększa jej żaroodporność poprzez blokowanie rozrostu ziaren fazy NiAl i ograniczenie łuszczenia się ochronnej warstwy tlenków. Z publikacji Filip, R., Pytel, M., Nowotnik, A. The influence of surface preparation method on microstructure of HF-modified aluminide coatings deposited by CVD method on Rene 80 and MAR M247 nickel superalloys Materials Science Forum, 844 (2015), str. 177-180 znana jest modyfikacja warstwy aluminidkowej poprzez wprowadzenie hafnu. Badania żaroodporności wskazują jednak na niekorzystny wpływ hafnu na trwałość warstwy tlenków TGO w trakcie utleniania - publikacja: Ye, L., Chen, H., Yang, G., Liu, B., Gao, Y., Oxidation behavior of Hf-modifiedplatinum aluminide coatings during thermal cycling. Progress in Natural Science: Materials International, 28 (2018) 1, s. 34-39. Autorzy publikacji Yang, Y. F. Jiang. C. Y., Yao, H. R., Bao, Z. B., Zhu, S. L., Wang, F. H., Preparation and enhanced oxidation performance of a Hf-doped single-phase Pt-modified aluminide coating, Corrosion Science, 113 (2016), s. 17-25 wskazali jednak, że wprowadzenie hafnu do warstwy modyfikowanej platyną zwiększa jej odporność na utlenianie wskutek tworzenia bariery dyfuzyjnej, a także ograniczenie powstawania pośrednich odmian polimorficznych tlenku aluminium w warunkach korozji wysokotemperaturowej. Warstwy aluminidkowe modyfikowane Pt oraz Hf lub Zr znane są również z publikacji opisu patentowego US 9284846 B2.
Z polskiego opisu patentowego PL 230311 B1 znana jest modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa modyfikowana palladem i cyrkonem.
PL 241 815 B1
Zwiększanie trwałości warstwy aluminidkowej poprzez zwiększenie zawartości platyny skutkuje powstaniem wydzieleń lub strefy złożonej z kruchej fazy PtAl2 pogarszającej żaroodporność.
Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa zawierająca strefę zewnętrzną oraz dyfuzyjną strefę wewnętrzną będącą pomiędzy strefą zewnętrzną a materiałem podłoża, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jej strefa zewnętrzna zawiera stały roztwór (Ni, Pt. Pd) Al, przy czym największe stężenie platyny występuje w obszarze przypowierzchniowym strefy zewnętrznej i wynosi od 3 do 15% at., zaś największe stężenie palladu występuje w obszarze wewnętrznym strefy zewnętrznej i wynosi od 3 do 10% at., a ponadto strefa zewnętrzna ma wydzielenia zawierające do 4% at. cyrkonu.
Korzystnie ma wydzielenia zawierające do 4% at. cyrkonu.
Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli dyfuzyjna strefa wewnętrzna dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej jest złożona z faz układu NiAl oraz z wydzieleń zawierających składniki materiału podłoża.
Sposób wytwarzania dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie pallad oraz platynę osadza się elektrochemicznie na podłożu z nadstopu niklu do uzyskania warstwy o grubości od 7 do 9 mikrometrów, następnie przechodzi się do drugiego etapu, w którym podłoże poddaje się aluminiowaniu oraz cyrkonowaniu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, przy czym jednocześnie z aluminiowaniem prowadzi się cyrkonowanie.
Korzystnie w pierwszym etapie po osadzeniu palladu oraz platyny na podłożu prowadzi się wyżarzanie dyfuzyjne w temperaturze z przedziału od 900 do 1100°C przy ciśnieniu z zakresu od 1 do 100 Pa w czasie do 8 godzin.
Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli w drugim etapie aluminiowanie oraz cyrkonowanie prowadzi się w temperaturze z przedziału od 950 do 1100°C w czasie z przedziału od 2 do 32 godzin.
Następne korzyści uzyskuje się, jeżeli podczas aluminiowania chlorek aluminium tworzy się poprzez przepuszczenie chlorowodoru przez granule czystego aluminium z natężeniem przepływu wynoszącym od 0,1 do 2 NLPM (litrów normalnych na minutę, normal liters per minute).
Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli podczas cyrkonowania chlorek cyrkonu tworzy się poprzez przepuszczanie chlorowodoru przez granule cyrkonu z natężeniem przepływu wynoszącym od 0,1 do 0,5 NLPM.
Okazje się, że jednoczesne wprowadzenie platyny i palladu wraz z cyrkonem zwiększa trwałość dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej. Wprowadzenie obu pierwiastków do warstwy aluminidkowej pozwala na wzrost zawartości pierwiastków z grupy platynowców, co w znaczący sposób zwiększa trwałość warstwy aluminidkowej. Inny sposób zwiększenia trwałości warstw aluminidkowych np. poprzez wzrost zawartości platyny skutkuje powstaniem wydzieleń lub strefy złożonej z kruchej fazy PtAl2 pogarszającej żaroodporność.
Ponadto w rozwiązaniu występuje pozytywny, synergiczny wpływ modyfikacji cyrkonem wynikający między innymi z blokowania przez cyrkon wzrostu ziaren fazy NiAl i ograniczenie łuszczenia się ochronnej warstwy tlenków TGO (Thermally Grown Oxides). Proces platynowania z palladowaniem nie wymaga modyfikacji istniejących linii do osadzania galwanicznego.
Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa została przedstawiona poglądowo na rysunku.
Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa zawiera strefę zewnętrzną 1 oraz strefę wewnętrzną 2. Strefa zewnętrzna 1 zawiera roztwór stały (Ni, Pt, Pd) Al. Stężenie platyny w strefie zewnętrznej 1 jest największe w jej obszarze przypowierzchniowym 1a i wynosi 3% at., natomiast stężenie palladu jest największe w obszarze wewnętrznym 1b strefy zewnętrznej 1 i wynosi 10% at. Ponadto strefa zewnętrzna 1 zawiera wydzielenia zawierające do 4% at. cyrkonu. Dyfuzyjna strefa wewnętrzna 2 jest pomiędzy strefą zewnętrzną 1 a materiałem podłoża 3 oraz jest złożona z faz z układu Ni-Al oraz. wydzieleń zawierających dużą zawartość składników materiału podłoża z nadstopu niklu w szczególności W, Cr, Co, Ti, Ta, Nb.
W drugim przykładzie wykonania dyfuzyjna warstwa aluminidkowa ma stężenie platyny w strefie zewnętrznej 1 wynoszące 15% at.
W pierwszym przykładzie realizacji sposobu wytwarzania dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej, podłoże warstwy stanowi powierzchnia łopatki lotniczego silnika turbinowego. Łopatka jest z nadstopu niklu typu ZS6. Sposób realizowany jest dwuetapowo. W pierwszym etapie pallad oraz platynę osadza się elektrochemicznie na podłożu 3 z nadstopu niklu do uzyskania warstwy o grubości 8 mikrometrów. W celu usunięcia gazów oraz wytworzenia faz z układu nikiel-pallad-platyna przeprowadza się dodatkowo wyżarzanie dyfuzyjne w temperaturze 900°C w próżni - ciśnienie od 1 do 100 Pa. Następnie przechodzi się do drugiego etapu, w którym podłoże 3, z wytworzoną, wyżarzoną warstwą galwaniczną platyno-palladową, poddaje się aluminiowaniu oraz cyrkonowaniu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej - CVD, przy czym jednocześnie z aluminiowaniem prowadzi się cyrkonowanie. Proces
PL 241 815 B1 cyrkonowania i aluminiowania prowadzi się w warunkach odrdzeniowej dyfuzji niklu - HTLA - z użyciem atmosfery wodoru. Podczas aluminiowania chlorek aluminium tworzy się w wyniku przepuszczania chlorowodoru przez granule czystego aluminium z natężeniem przepływu wynoszącym 0,1 NLPM. Podczas cyrkonowania chlorek cyrkonu tworzy się poprzez przepuszczanie chlorowodoru przez granule cyrkonu z natężeniem przepływu wynoszącym od 0,1 do 0,5 NLPM. Etap drugi prowadzony jest w temperaturze 1100°C w czasie 2 godzin.
W drugim przykładzie realizacji sposobu wytwarzania dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej, w pierwszym etapie wyżarzanie dyfuzyjne prowadzi się w temperaturze 1100°C. Natomiast w drugim etapie podczas aluminiowania przepuszczanie chlorowodoru przez granule czystego aluminium prowadzi się z natężeniem przepływu wynoszącym 2 NLPM. Podczas cyrkonowania przepuszczanie chlorowodoru przez granule cyrkonu prowadzi się z natężeniem przepływu wynoszącym 0,5 NLPM. Etap drugi prowadzi się w temperaturze 950°C w czasie 32 godzin. W pozostałym zakresie sposób jest realizowany jak w przykładzie pierwszym.
Claims (7)
- Zastrzeżenia patentowe1. Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa zawierająca strefę zewnętrzną oraz dyfuzyjną strefę wewnętrzną będącą pomiędzy strefą zewnętrzną a materiałem podłoża, znamienna tym, że jej strefa zewnętrzna (1) zawiera stały roztwór (Ni, Pt, Pd) Al, przy czym największe stężenie platyny występuje w obszarze przypowierzchniowym (1 a) strefy zewnętrznej (1) i wynosi od 3 do 15% at., zaś największe stężenie palladu występuje w obszarze wewnętrznym (1 b) strefy zewnętrznej (1) i wynosi od 3 do 10% at., a ponadto strefa zewnętrzna (1) ma wydzielenia zawierające do 4% at. cyrkonu.
- 2. Dyfuzyjna warstwa według zastrz. 1, znamienna tym, że jej dyfuzyjna strefa wewnętrzna (2) jest złożona z faz układu Ni-Al oraz z wydzieleń zawierających składniki materiału podłoża.
- 3. Sposób wytwarzania dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej określonej w zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w pierwszym etapie pallad oraz platynę osadza się elektrochemicznie na podłożu (3) z nadstopu niklu do uzyskania warstwy o grubości od 7 do 9 mikrometrów, następnie przechodzi się .do drugiego etapu, w którym podłoże (3) poddaje się aluminiowaniu oraz cyrkonowaniu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, przy czym jednocześnie, z aluminiowaniem prowadzi się cyrkonowanie.
- 4. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że w pierwszym etapie po osadzeniu palladu oraz platyny na podłożu (3) prowadzi się wyżarzanie dyfuzyjne w temperaturze z przedziału od 900 do 1100°C przy ciśnieniu z zakresu od 1 do 100 Pa w czasie do 8 godzin.
- 5. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że w drugim etapie aluminiowanie oraz cyrkonowanie prowadzi się w temperaturze z przedziału od 950 do 1100°C w czasie z przedziału od 2 do 32 godzin.
- 6. Sposób według jednego z zastrz. od 4 do 6, znamienny tym, że podczas aluminiowania chlorek aluminium tworzy się poprzez przepuszczenie chlorowodoru przez granule czystego aluminium z natężeniem przepływu wynoszącym od 0,1 do 2 NLPM.
- 7. Sposób według jednego z zastrz. od 4 do 6, znamienny tym, że podczas cyrkonowania chlorek cyrkonu tworzy się poprzez przepuszczanie chlorowodoru przez granule cyrkonu z natężeniem przepływu wynoszącym od 0,1 do 0,5 NLPM.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL435607A PL241815B1 (pl) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL435607A PL241815B1 (pl) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL435607A1 PL435607A1 (pl) | 2022-04-11 |
PL241815B1 true PL241815B1 (pl) | 2022-12-12 |
Family
ID=81076626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL435607A PL241815B1 (pl) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL241815B1 (pl) |
-
2020
- 2020-10-06 PL PL435607A patent/PL241815B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL435607A1 (pl) | 2022-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6344282B1 (en) | Graded reactive element containing aluminide coatings for improved high temperature performance and method for producing | |
EP0933448B1 (en) | Improved diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and a method therefor | |
Gleeson et al. | Effects of platinum on the interdiffusion and oxidation behavior of Ni-Al-based alloys | |
JP4931504B2 (ja) | ガンマプライム相含有ニッケルアルミナイド皮膜 | |
EP1784517B1 (en) | HIGH-TEMPERATURE COATINGS AND BULK -Ni+ '-Ni3Al ALLOYS MODIFIED WITH PT GROUP METALS HAVING HOT-CORROSION RESISTANCE | |
US20080057337A1 (en) | High-temperature coatings with pt metal modified gamma-ni + gamma'-ni3al alloy compositions | |
US6602356B1 (en) | CVD aluminiding process for producing a modified platinum aluminide bond coat for improved high temperature performance | |
US6607611B1 (en) | Post-deposition oxidation of a nickel-base superalloy protected by a thermal barrier coating | |
Hong et al. | Effect of zirconium addition on cyclic oxidation behavior of platinum-modified aluminide coating on nickel-based superalloy | |
JP5437573B2 (ja) | 合金組成物及びそれを含む物品 | |
US6974636B2 (en) | Protective coating for turbine engine component | |
JP5554892B2 (ja) | 安定化層を含有する皮膜系を有するNi基超合金 | |
JP5264156B2 (ja) | ロジウムアルミナイド系層を含む皮膜系 | |
EP1469100A1 (en) | Nickel aluminide coating and coating systems formed therewith | |
JP7174811B2 (ja) | 高温部材 | |
EP1055741A2 (en) | Fabrication of superalloy articles having hafnium-or zirconium-enriched protective layer | |
US6974637B2 (en) | Ni-base superalloy having a thermal barrier coating system | |
Wu et al. | Cyclic oxidation behavior of iridium-modified aluminide coatings for nickel-base single crystal superalloy TMS-75 | |
PL241815B1 (pl) | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania | |
US8815342B2 (en) | Process for forming a protective coating on the surface of a metal part | |
Van Roode et al. | Evaluation of the hot corrosion protection of coatings for turbine hot section components | |
JIANG et al. | Preparation and Enhanced Hot Corrosion Resistance of aZr-Doped PtAl2+ (Ni, Pt) Al Dual-Phase Coating | |
CN113242913A (zh) | 由包含铼和/或钌的超合金制成的涡轮部件以及相关的制造方法 | |
JPWO2013061945A1 (ja) | 耐熱合金部材およびその製造方法 | |
Goral | The microstructure and oxidation resistance of aluminide mecraly-modified coatings obtained by slurry method on rene 80 superalloy |