PL230311B1 - Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa - Google Patents
Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowaInfo
- Publication number
- PL230311B1 PL230311B1 PL411786A PL41178615A PL230311B1 PL 230311 B1 PL230311 B1 PL 230311B1 PL 411786 A PL411786 A PL 411786A PL 41178615 A PL41178615 A PL 41178615A PL 230311 B1 PL230311 B1 PL 230311B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- layer
- aluminide
- platinum
- palladium
- modified
- Prior art date
Links
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 150000003057 platinum Chemical class 0.000 description 4
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- -1 platinum Chemical compound 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XRZCZVQJHOCRCR-UHFFFAOYSA-N [Si].[Pt] Chemical compound [Si].[Pt] XRZCZVQJHOCRCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002940 palladium Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Chemical group 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Chemical group 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J zirconium tetrachloride Chemical compound Cl[Zr](Cl)(Cl)Cl DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa stosowana do ochrony powierzchni, zwłaszcza łopatek turbin gazowych i lotniczych, przed gazową korozją w wysokich temperaturach. Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa charakteryzuje się tym, że jej zewnętrzna strefa (1) złożona jest ze stałego roztworu (Ni, Pd)Al, zawiera do 20% at. palladu i wydzieleń (2) zawierających cyrkon w ilości 0,1 do 6% at.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa stosowana do ochrony powierzchni, zwłaszcza łopatek turbin gazowych i lotniczych, przed gazową korozją w wysokich temperaturach.
Znanym od wielu lat sposobem ochrony powierzchni łopatek turbin gazowych i lotniczych przed korozją gazową jest wytworzenie dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej. Z licznych patentów, między innymi takich jak „Method for applying aluminide coatings to superalloys”, patent EP 0267143 B1, United Technologies, EP 1 927 672 B1, „Diffusion aluminide coating proces”, Hitachi, EP2182092, „A method of repairing an aluminide coating on an article”, Rolls Royce pic, EP1445346, „Aluminide coating of gas turbinę engine blade”, General Electric i inne, znane i stosowane są metody aluminiowania w wyniku których tworzenie się warstwy polega na reakcji pomiędzy halogenkiem zawierającym aluminium, a materiałem podłoża - żarowytrzymałym nadstopem niklu lub kobaltu. Na skutek dyfuzji wzajemnej aluminium z fazy gazowej i niklu z materiału podłoża tworzą się zgodnie z układem Ni-AI, fazy takie, jak na przykład 8-Ni2Ab, β-NiAI co wynika z publikacji Gowarda G.W. i Boonego D.H., Oxidation of Metals Met. 3 (1971) 475-495. Ze względu na rosnące wymagania przemysłu lotniczego prowadzone są badania nad modyfikacją dyfuzyjnych warstw aluminidkowych innymi pierwiastkami takimi jak platyna, pallad, hafn i cyrkon.
Z patentów EP1795623, „Coating process of an article with modified platinum aluminide and component”, Sulzer Metco AG, „Platinum aluminide coating and metod thereof, Honeywell International Inc., EP1191122, „Modified platinum aluminide diffusion coating and CVD coating method”, Howmet Research Corporation (a Delaware Corporation), EP 1008672, „Platinum modified diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system”, General Electric, znana jest modyfikowana platyną dyfuzyjna warstwa aluminidkowa. Proces jej wytwarzania polega na galwanicznym osadzaniu warstwy platyny o grubości 1-12 mikrometrów, a następnie aluminiowaniu różnymi metodami. Wytworzona warstwa zawiera w strefie zewnętrznej fazę Pt Al 2 i/lub roztwór stały (Ni,Pt)A1. Ze względu na wysokie koszty zakupu platyny poszukuje się pierwiastków tańszych od niej zapewniających co najmniej równoważną żaroodporność warstwy aluminidkowej. Znana jest również modyfikacja warstwy aluminidkowej modyfikowanej jednocześnie platyną i krzemem z patentów EP0748394, „Platinum enriched, silicon-modified corrosion resistant aluminide coating”, Sermatech International Inc, EP0491414, „Method of forming platinum-silicon-enriched diffused aluminide coating on a superalloy substrate”, General Motors oraz platyną i itrem co z kolei jest przedmiotem patentu EP2118343, „Method of forming yttrium-modified platinum aluminide diffusion coating”, Honeywell International Inc. Poza tym jednym z tych pierwiastków które mogą stanowić zamiennik platyny jest pallad. Informacje o jego właściwościach oraz metodach modyfikacji przy jego zastosowaniu warstwy aluminidkowej pochodzą z patentów firm Walbar EP0654542, „lmproved platinum group silicide modified aluminide coating process and products” oraz Howmet-US 7,901,788 B2 „CVD condeposition of A1 and one or morę reactive (gettering) elements to form protective aluminide coating”.
Okazuje się, że można uzyskać znacznie lepsze efekty odnośnie walorów warstwy aluminidkowej, jak również ekonomiczne poprzez całkowite zastąpienie platyny do jej modyfikacji palladem w połączeniu z równoczesną modyfikacją tej warstwy cyrkonem.
Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa zgodna z wynalazkiem, charakteryzuje się tym, że jej zewnętrzna strefa złożona jest ze stałego roztworu (Ni, Pd)A1, zawiera do 20% at. Palladu i wydzieleń zawierających cyrkon w ilości 0,1 do 6% at.
Pallad oraz cyrkon mają pozytywny, synergiczny wpływ na odporność na utlenianie dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej. Pallad podobnie jak platyna stabilizuje warstwę aluminidkową i ogranicza dyfuzję odrdzeniową pierwiastków wysokotopliwych takich jak chromu, niobu, molibdenu, wolframu i tantalu.
Ogranicza on tworzenie się kruchych i niestabilnych spineli typu (Ni,Cr,Co,Ti)Al204 i tlenku NiO. Cyrkon, podobnie jak hafn i itr, z kolei zwiększa trwałość warstwy na osnowie stałego roztworu (Ni, Pd)AL Na powierzchni warstwy aluminidkowej tworzą się tlenki ZrO2 zwiększające przyczepność warstwy tlenku (a-AbOs do podłoża - ziaren fazy β-NiAI. Cyrkon spowalnia wzrost strefy tlenków, ogranicza pękanie i kruchość warstwy polikrystalicznego tlenku AI2O3 - zwiększa jego wytrzymałość na pełzanie, powoduje zmniejszenie naprężeń rozciągających odpowiedzialnych za łuszczenie i odpadanie strefy tlenków. Ogranicza również tworzenie się porowatości na granicy pomiędzy warstwą aluminidkową, a warstwą tlenku AI2O3. Poza tym cyrkon zwiększa granicę plastyczności fazy β-NiAI,
PL 230 311 Β1 oraz ogranicza jej skłonność do przemiany martenzytycznej, hamuje poślizg wzdłuż granic ziarn warstwa p-NiAI(Zr) pozostaje niezdeformowana.
Zastąpienie platyny tańszym ponad 30% palladem ograniczy koszty produkcji silników lotniczych. Galwaniczne osadzanie palladu może następować na istniejących liniach do platynowania. Wymagana jest tylko zmiana używanych soli platyny na sole palladu oraz modyfikacje sposobu przygotowania powierzchni. Aluminiowanie prowadzi się na istniejących i dostępnych komercyjnie urządzeniach.
Modyfikowaną dyfuzyjną warstwę aluminidkową będącą przedmiotem wynalazku przedstawiono w schematycznym ujęciu na rysunku.
Jak uwidoczniono na rysunku warstwa ta w górnej strefie 1 złożona jest ze stałego roztworu (Ni, Pd)AI, zawiera 20% at. palladu. W dolnej warstwie tej strefy usytuowane są wydzielenia 2 zawierające cyrkon w ilości 4% at.
Wymienioną warstwę wytworzono dwuetapowo z zastosowaniem procesu galwanicznego osadzania palladu oraz aluminiowania metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej z jednoczesnym wprowadzaniem cyrkonu.
Jak wyżej podano pallad osadzono na powierzchniach łopatek, nie uwidocznionych na rysunku, wykonanych z nadstopów niklu typu MAR M247 w procesie elektrochemicznym, uzyskując grubość warstwy 10 mikrometrów. W celu usunięcia gazów oraz wytworzenia faz z układu Ni-Pd przeprowadzono dodatkowo wyżarzanie dyfuzyjne w temperaturze 1000°C w próżni (1-100 Pa) w czasie 8 godzin.
W drugim etapie przeprowadzono aluminiowanie powierzchni z warstwą palladu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Chlorek aluminium tworzy się w wyniku przepuszczania chlorowodoru przez granule czystego aluminium - 0,1 do 2 NLPM (litrów normalnych na minutę), z kolei chlorek cyrkonu powstaje 95 w wyniku przepuszczania chlorowodoru przez granule cyrkonu - 0,1 do 0,5 NLPM. W tym procesie cyrkonowanie prowadzi się jednocześnie z aluminiowaniem. Temperatura procesu w tym etapie wynosi 1000°C a czas 2 do 24 godzin w zależności od wymaganej grubości warstwy.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentowe1. Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa znamienna tym, że jej zewnętrzna strefa (1) złożona jest ze stałego roztworu (Ni, Pd)AI, zawiera do 20% at. palladu i wydzieleń (2) zawierających cyrkon w ilości 0,1 do 6% at.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411786A PL230311B1 (pl) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411786A PL230311B1 (pl) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL411786A1 PL411786A1 (pl) | 2016-10-10 |
| PL230311B1 true PL230311B1 (pl) | 2018-10-31 |
Family
ID=57046683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL411786A PL230311B1 (pl) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230311B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL443819A1 (pl) * | 2023-02-17 | 2024-08-19 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
-
2015
- 2015-03-27 PL PL411786A patent/PL230311B1/pl unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL443819A1 (pl) * | 2023-02-17 | 2024-08-19 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
| PL248047B1 (pl) * | 2023-02-17 | 2025-10-06 | Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie | Dyfuzyjna warstwa aluminidkowa oraz sposób jej wytwarzania |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL411786A1 (pl) | 2016-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4931504B2 (ja) | ガンマプライム相含有ニッケルアルミナイド皮膜 | |
| US7727318B2 (en) | Metal alloy compositions and articles comprising the same | |
| US8512874B2 (en) | Coating systems containing beta phase and gamma-prime phase nickel aluminide | |
| US7931759B2 (en) | Metal alloy compositions and articles comprising the same | |
| US7846243B2 (en) | Metal alloy compositions and articles comprising the same | |
| CN103160711B (zh) | 镍钴基合金和结合涂层及并入该结合涂层的结合涂覆制品 | |
| US20080206595A1 (en) | Highly oxidation resistant component | |
| JP5073982B2 (ja) | ガンマプライム相含有ニッケルアルミナイド皮膜 | |
| CA2604570A1 (en) | Method for forming a thermal barrier coating | |
| EP1304397A2 (en) | Article protected by thermal barrier coating having a sintering inhibitor, and its fabrication | |
| EP1008672A1 (en) | Platinum modified diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system | |
| 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 | |
| CA3021655A1 (en) | Three phase bond coat coating system for superalloys | |
| PL230311B1 (pl) | Modyfikowana dyfuzyjna warstwa aluminidkowa | |
| US11293290B2 (en) | Turbine component made from superalloy comprising rhenium and associated manufacturing process | |
| CN113423852A (zh) | 具有改进的耐热循环疲劳性和耐硫化性的用于tbc的高级粘结涂层材料 | |
| Swadźba et al. | The influence of deposition process on structure of platinum-modifed aluminide coatings o Ni-base superalloy | |
| EP3192885B1 (en) | Internally cooled ni-base superalloy component with spallation-resistant tbc system |