Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badań mechanizmu utleniania oraz właściwości żaroodpornych dwóch grup materiałów z układu Ni-Al bazujących na związku międzymetalicznym β-NiAl oraz stopu na bazie fazy γ'-Ni3Al, modyfikowanych dodatkami
pierwiastków Pt i Hf. Materiały te znajdują praktyczne zastosowanie m.in. w warstwach wiążących, stosowanych w układach barier termicznych TBC w odrzutowych silnikach lotniczych.
Badania mechanizmu utleniania prowadzone były metodą utleniania dwuetapowego z zastosowaniem atmosfery wzbogaconej w izotop tlenu 18O2, w połączeniu z wyznaczaniem rozkładu znacznika izotopowego w zgorzelinach metodą spektrometrii masowej jonów wtórnych (SIMS). Morfologię powierzchni utlenionych próbek badano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) z przystawką EDX oraz spektrometrii fotoluminescencyjnej (PLS) pod kątem ewolucji składu fazowego. Właściwości żaroodporne określane były na podstawie badań izotermicznych i w warunkach cyklicznie zmiennych temperatur.
Z przeprowadzonych badań wynikało, że Pt nie wpływa istotnie na mechanizm utleniania materiałów typu β-NiAl, poprawiając jednak ich właściwości żaroodporne. Hf natomiast wpływał na spowolnienie mechanizm utleniania stabilizując początkowy etap reakcji oraz poprawiał przyczepność zgorzelin do podłoża. Dodatek Pt oraz Pt i Hf do materiałów typu γ' spowodowało, że materiały z natury nie tworzące zgorzeliny ochronnej Al2O3 utleniały się
tworząc warstwę o bardzo dobrych właściwościach ochronnych.
Abstract
This paper presents the results of the oxidation mechanism and heat resistance properties of two groups of materials from the Ni-Al system based on an intermetallic
compound β-NiAl and γ'-Ni3Al-based alloy, modified with additions of elements Pt and
Hf. These materials are practically used as Bond Coats in the thermal barrier systems (TBC) in eg. jet aircraft engines.
Mechanistic studies of oxidation were carried out using a two-stage oxidation
with atmospheres enriched in the 18O
2 oxygen isotope, in conjunction with the
assignment of the isotopic tracer distribution in oxide scales by secondary ion mass spectrometry(SIMS). Surface morphology of oxidized samples was studied using scanning electron microscopy (SEM) with EDX attachment and photoluminescence spectroscopy (PLS) to determine the evolution of the scale phase composition. Heat-resistant properties were determined on the basis of isothermal and cyclic oxidation
conditions in temperature of 1150oC.
The study showed that Pt does not significantly affect the mechanism of oxidation of materials such as β-NiAl, but improving heat-resistant properties. Hf extends the initial transient period of the reaction and improves scale adhesion to the metallic substrate. Additions of Pt and Pt+Hf to the base γ' material (which do not form naturally protective alumina scales) changes the oxidation mechanism into one appropriate for the “alumina forming” materials such as β-NiAl, with very good corrosion resistant properties.
