رفتار اکسیداسیون سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 در دمای °C 1000

مهندسی متالورژی و مواد

دوره 34، شماره 1 - شماره پیاپی 29، فروردین 1402، صفحه 59-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.76898.1052

نویسندگان

فائزه اختری¹؛ صادق پورعلی^{* 1}؛ رضا توانگر²؛ سیدسینا حجازی³

¹مهندسی مواد و متالورژی، خوردگی و حفاظت از مواد، دانشگاه صنعتی سهند

²مهندسی مواد و متالورژی، خواص مکانیکی و فیزیکی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

³سطح و فوتوالکتروشیمی، دانشگاه زیگن، آلمان

چکیده

بررسی حاضر به تحلیل رفتار اکسیداسیون سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 در دمای °C 1000 و اتمسفر هوا می‌پردازد. برای این منظور، گستره‌ای از روش‌ها شامل آنالیز توزین حرارتی (TGA)، میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، پراش پرتو ایکس سطحی (GI-XRD) و طیف‌سنجی انتشار نوری تخلیه تابشی (GDOES) به کار گرفته شدند. سینتیک اکسیداسیون این آلیاژ در دمای یاد شده پس از 10 ساعت اولیه، رفته رفته از خطی وارد سهمی می‌شود که این موضوع همراه با تشکیل لایه‌ اکسیدی یکنواخت بر سطح است. بر اساس تحلیل مقطیِ FE-SEM و GDOES، تیتانیوم را می‌توان اولین گونه‌ای در نظر گرفت که با شروع اکسیداسیون، وارد جبهه واکنش می‌شود. با این حال، با اکسید شدن آن و تخلیه آن در زیر جبهه اکسیداسیون، شرایط برای شکل گیری سایر اکسیدها از جمله اکسید کروم (Cr2O3) مهیا می‌شود. در ادامه، طی نفوذ به سمت داخل گونه‌های O2-، شرایط برای اکسیداسیون داخلی آلومینیوم و تشکیل جزایری از اکسیدهای Al2O3 فراهم می‌شود. بدینسان، پس از 100 ساعت اکسیداسیون، ترکیب شیمیاییِ فیلم اکسیدی مشتمل بر ناحیه درونیِ غنی از آلومینیوم، ناحیه بیرونیِ غنی از تیتانیوم و لایه میانیِ غنی از کروم است. نتایج GI-XRD نیز موید تشکیل فازهای اکسیدی یاد شده است. در این دما، اثری از جدایش پوسته اکسیدی و تشکیل اکسیدهای نیکل پس از 100 ساعت اکسیداسیون مشاهده نشد.

کلیدواژه‌ها

سوپرآلیاژ نیکل GTD-111؛ اکسیداسیون دما بالا؛ GI-XRD؛ TGA؛ GDOES

مراجع

1. Z. Alam, D. Chatterjee, B. Venkataraman, "Effect of cyclic oxidation on the tensile behavior of directionally solidified CM-247LC Ni-based superalloy at 870 °C", Materials Science and Engineering: A, vol. 527, pp. 6211-6218, 2010.
2. Pillai, H. Ackermann, H. Hattendorf, S. Richter, "Evolution of carbides and chromium depletion profiles during oxidation of Alloy 602 CA", Corrosion science, vol. 75, pp. 28-37, 2013.
3. H. Latief, K. Kakehi, Y. Tashiro, "Oxidation behavior characteristics of an aluminized Ni-based single crystal superalloy CM186LC between 900 °C and 1100 °C in air", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 19, pp. 1926-1932, 2013.
4. A. Basuki, D.H. Prajitno, F. Muhammad, "Alloys developed for high temperature applications", AIP Proceedings, vol. 1805, pp. 20003-20010, 2017.
5. Wee, K. Kim, K. Park, C. Seok, "Study on Creep Damage of Ni-Based Superalloy Caused by Variable Load Conditions at Elevated Temperatures", Materials, vol. 14, pp. 6971, 2021.
6. Tan, X. Ren, K. Sridharan, T.R. Allen, "Corrosion behavior of Ni-base alloys for advanced high temperature water-cooled nuclear plants", Corrosion science, vol. 50, pp. 3056-3062, 2008.
7. Pouranvari, A. Ekrami, A.H. Kokabi, "Microstructure–properties relationship of TLP-bonded GTD-111 nickel-base superalloy", Materials Science and Engineering:A, vol. 490, pp. 229-234, 2008.
8. Brenneman, J. Wei, Z. Sun, L. Liu, G. Zou, Y. Zhou, "Oxidation behavior of GTD111 Ni-based superalloy at 900° C in air", Corrosion science, vol. 100, pp. 267-274, 2015.
9. Huang, J. Wang, E.H. Han, W. Ke, W"Microstructural characteristics of the oxide films formed on Alloy 690 TT in pure and primary water at 325 °C", Corrosion science, vol. 76, pp. 52-59, 2013.
10. Xiao, N. Prud’Homme, N. Li, V. Ji, "Influence of humidity on high temperature oxidation of Inconel 600 alloy: Oxide layers and residual stress study", Applied Surface Science, vol. 284, pp. 446-452, 2013.
11. Zheng, M. Zhang, J. Dong, "Oxidation behavior and mechanism of powder metallurgy Rene95 nickel based superalloy between 800 and 1000 °C", Applied Surface Science, vol. 256, pp. 7510-7515, 2010.
12. J. Park, S.M. Seo, Y.S. Yoo, H.W. Jeong, H. Jang, "Effects of Al and Ta on the high temperature oxidation of Ni-based superalloys", Corrosion science, vol. 90, pp. 305-312, 2015.
13. Wu, T. Narita, "Oxidation behavior of the single crystal Ni-based superalloy at 900° C in air and water vapor", Surface and Coatings Technology, vol. 202, pp. 140-145, 2007.
14. T. Liu, J. Ma, X.F. Sun, "Oxidation behavior of a single-crystal Ni-base superalloy between 900 and 1000 °C in air", Journal of alloys and compounds, vol. 491, pp. 522-526, 2010.
15. M. Mignanelli, N.G. Jones, E.J. Pickering, O.M. Messé, C.M.F. Rae, M.C. Hardy, H.J. Stone, "Gamma-gamma prime-gamma double prime dual-superlattice superalloys", Scripta Materialia, vol. 136, pp. 136-140, 2017.
16. Q. Chen, E. Francis, J. Robson, M. Preuss, S.J. Haigh, "Compositional variations for small-scale gamma prime (γ′) precipitates formed at different cooling rates in an advanced Ni-based superalloy", Acta Materialia, vol. 85, pp. 199-206, 2015.
17. Weiser, Y.M. Eggeler, E. Spiecker, S. Virtanen, "Early stages of scale formation during oxidation of γ/γ′ strengthened single crystal ternary Co-base superalloy at 900 °C", Corrosion Science, vol. 135, pp. 78-86, 2018.
18. Weiser, M.C. Galetz, H.E. Zschau, C.H. Zenk, S. Neumeier, M. Göken, S. Virtanen, S., "Influence of Co to Ni ratio in γ′-strengthened model alloys on oxidation resistance and the efficacy of the halogen effect at 900 °C", Corrosion Science, vol. 156, pp. 84-95, 2019.
19. Pistor, S.P. Hagen, S. Virtanen, C. Körner, "Influence of the microstructural homogeneity on the high-temperature oxidation behavior of a single crystalline Ni-base superalloy", Scripta Materialia, vol. 207, pp. 114301, 2022.
20. Zhuang, Y. Tan, X. You, P. Li, L. Zhao, C. Cui, H. Cui, "High temperature oxidation behavior and mechanism of a new Ni-Co-based superalloy", Vacuum, vol. 189, pp. 110219, 2021.
21. Y.X. Zhu, C. Li, Y.C. Liu, Z.Q. Ma, H.Y. Yu, "Effect of Ti addition on high-temperature oxidation behavior of Co–Ni-based superalloy", Journal of Iron and Steel Research International, vol. 27, pp. 1179-1189, 2020.