Témata
Reklama

Degradácia žiaruvzdorných povlakov v dôsledku dlhodobých tepelných exp

Výsledky experimentov dlhodobých ohrevov vzoriek z lopatiek vysokotlakovej turbíny leteckého motora dokumentujú postupnú degradáciu ochrannej alitosilitovanej vrstvy.

V MM Průmyslové spektrum č. 10/2004 boli uvedené podrobné informácie o rotorových lopatkách leteckého motora a ich degradácii v dôsledku prekročenia medznej teploty výstupných plynov, ktorá je pri spúšťaní motora 705 oC a pri pracovných režimoch 760 oC. Ďalej článok uvádzal metodiku experimentov, ktorá by mohla bližšie objasniť degradáciu žiaruvzdornej niklovej superzliatiny ŽS6K a jej alitosilitovanú vrstvu vplyvom tepelných expozícií. Zopakujme, že vzorky boli ohrievané v peci bez ochrannej atmosféry na teplotu 930 oC ± 7,5 oC po dobu 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 a 450 hodín. Teplota 930 oC predstavuje experimentálne zistenú maximálnu teplotu rotorovej lopatky prvého stupňa vysokotlakovej turbíny na maximálnom režime meranú v strede listu lopatky.
Reklama
Reklama
Reklama

Popis experimentov

Metalografická analýza a rtg. difrakčná analýza priečnych rezov alitosilitovaných lopatiek bola vykonaná v Laboratóriách štruktúrnych analýz Katedry materiálového inžinierstva Materiálovotechnologickej fakulty STU v Trnave.
Hrúbka alitosilitovanej vrstvy sa určovala z naleptaného priečneho rezu lopatkou turbíny po štandardnej príprave metalografického výbrusu (mechanické brúsenie a leštenie). Ako leptadlo bol použitý Marbleho roztok. Vzhľadom na podrobnejšie hodnotenie štruktúry alitosilitovanej vrstvy bolo použité zobrazenie v sekundárnych elektrónoch riadkovacieho elektrónového mikroskopu Tesla BS 300.
Kvalitatívna fázová analýza povrchových vrstiev lopatiek bola získaná pomocou rtg. práškovej difrakčnej analýzy na difraktometri Philips PW 1710. Zdrojom rtg. žiarenia bola kobaltová anóda s vlnovou dĺžkou l1,2 = 0,179021 nm pri napätí 40 kV a prúde 30 mA. Uhlový interval snímania v difraktometri s Braggovým-Brentanovým usporiadaním bol 25° ÷ 120° 2q s krokom 0,02° 2q/2,5 s. Získané difrakčné záznamy sa vyhodnocovali pomocou programu WinZDS BeDe.
Analýza chemického zloženia povrchových vrstiev bola určená pomocou energiovo-disperzného mikroanalyzátora Noran s detektorom Explorer inštalovaného na transmisnom elektrónovom mikroskope JEOL 200 CX pri použití rastrovacieho módu.
Mikroštruktúra a EDS spektrum vzorky bez tepelnej expozície boli uvedené v predchádzajúcom článku. Vzhľadom na to, že popis všetkých experimentov by zaberal niekoľko strán, uvádzame a popisujeme 5 z 9 uskutočnených skúšok.

Vyhodnotenie experimentov dlhodobých ohrevov

Po 50 hodinovej tepelnej expozícii bola priemerná hrúbka alitosilitovanej vrstvy 32,6 µm a zodpovedá predpísanej výkresovej tolerancii, tj. 20 až 50 µm. Mikroštruktúra na obr. 1a už naznačuje vznik difúznej medzivrstvy so stĺpcovitou morfológiou zatiaľ nešpecifikovanej fázy. Difraktogram tejto vzorky dokumentuje prítomnosť g fázy Ni3Al a zvyšujúci sa obsah aluminidnej fázy Al0,96Ni1,04 s nižším obsahom hliníka ako vo východiskovom stave. Navyše sa detekovala prítomnosť oxidu hliníka Al2O3.
Po 150 hodinovej tepelnej expozícii priemerná hrúbka alitosilitovanej vrstvy predstavuje nárast až o 12 µm. Tento nárast vrstvy dokumentuje mikroštruktúra na obr. 1b, na ktorej je jasne viditeľný zánik kremíkovej podvrstvy a vznik difúznej medzivrstvy do jednej fázy stĺpcovitej morfológie. Tento fakt už hovorí o výraznej degradácii Al-Si povlaku v dôsledku tepelnej expozície. Na difraktograme tejto vzorky najsilnejšia intenzita odpovedá prítomnosti g fázy Ni3Al. Podiel fázy Al1,1Ni0,9 sa naopak znížil. Ďalej sa tu nachádzajú silicidy a oxidy hliníka Al2O3.
Po 250 hodinovej tepelnej expozícii sa difraktogram vzorky výrazne nemení a pozostáva z aluminidných fáz AlNi3, Al1.1Ni0.9 a oxidu hliníka Al2O3.
Po 350 hodinovej tepelnej expozícii je priemerná hrúbka degradovanej alitosilitovanej vrstvy 34 µm, pričom sa hrúbka druhej podvrstvy výrazne zmenšila a približne rovnaký podiel tvorí aj difúzna medzivrstva ihlíc (obr. 1d). Kvantitatívne sa difraktogram tejto vzorky zmenil a tvoria ho aluminidné fázy AlNi3, Al1.1Ni0.9 a oxid hliníka Al2O3, pričom však nastal pokles obsahu g fázy Ni3Al.
Po 450 hodinovej tepelnej expozícii je priemerná hrúbka degradovanej alitosilitovanej vrstvy rovnaká ako u vzorky so 400hodinovou expozíciou, tj. 34 µm. Na mikroštruktúre na obr. 1e vidieť jamkovitý povrchový reliéf oxidických fáz, degradovanú riedku kremíkovú podvrstvu poprerastanú ihlicovitými útvarmi. Difraktogram dokumentuje prítomnosť intermetalickej fázy AlNi3 a oxidu Al2O3, ktorého obsah výrazne vzrástol. Obsah fázy Al1,1Ni0,9 sa podstatne zredukoval.

Záverečné zhodnotenie výsledkov

Na obr. 2 je znázornené prehľadné zoskupenie difraktogramov získaných zo vzoriek zo žiarupevnej niklovej zliatiny ŽS6K a alitosilitovaní po dlhodobej tepelnej expozícii. Na obr. 3 sú znázornené podiely jednotlivých chemických prvkov nájdených v povrchovej alitosilitovanej vrstve vzorky po 400 hodinovej tepelnej expozícii.
Ako je zrejmé z tabuľky 1, percentuálny podiel prvkov, ako sú Al, Ti, Fe, Mo, vzrástol, podiel prvkov Co, Ni naopak poklesol, podiel Si a Cr zostal na približne rovnakej úrovni. Tento fakt je možný z toho dôvodu, že niklová zliatina ŽS6K je mnohokomponentná a dlhodobé ohrevy pri vysokých teplotách vedú k rozsiahlym difúznym procesom, pri ktorých dochádza k tvorbe nových chemických zlúčenín a iné sa rozpadajú.
V aluminidných povlakoch na niklovej superzliatine v dôsledku vysokoteplotnej plynovej korózie a erózie prebieha okrem difúzie hliníka do ochranných oxidov Al2O3 aj difúzia hliníka z povlaku do niklovej zliatiny a tiež difúzia niklu do aluminidného povlaku. Toto vedie k postupnému zníženiu koncentrácie hliníka a tým k zmene fázového zloženia, hrúbky vrstvy a ochranných vlastností povlakov.
Percentuálne množstvá jednotlivých prvkov predstavujú zastúpenie vo všetkých fázach povrchovej vrstvy. Niektoré pri tepelných ohrevoch difundujú do základného materiálu, iné naopak zo základného materiálu do povrchu, preto je rozdiel obsahu prvkov taký výrazný.
Z hľadiska mikroštruktúrnych charakteristík jednotlivých vzoriek možno jednoznačne povedať, že rozpad alitosilitovanej vrstvy je s rastúcou teplotou stále výraznejší, mení sa morfológia jednotlivých fáz a dochádza k pórovitosti vrstvy a tvorbe oxidov.
Ing. Marta Kianicová,
Katedra materiálov, FŠT TNUAD v Trenčíne
Doc. Ing. Lubomír Čaplovič, PhD.
Katedra materiálového inžinierstva, MTF STU v Trnave
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 50121
Datum: 02. 02. 2005
Rubrika: Inovace / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Související články
Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

Zvýšení výkonu u tribo stříkání

Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

Kompaktní řešení Zapoj a spusť

Surffinisher je inovační metoda inline omílání vysoce kvalitních, geometricky složitých součástí během výrobního cyklu , která otevírá nové možnosti pro automatizované, vysoce přesné obrábění definovaných ploch jednotlivých součástí. Kompaktní omílací systém Zapoj a spusť lze snadno integrovat do výrobních linek.

Vývoj epoxidových barev na konstrukce

Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

Funkční materiály pomocí depozice atomových vrstev

Depozice atomových vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) je technologie využívající depozice tenkých vrstev na povrch substrátu s přesností v atomovém měřítku, založená na řadě reakcí výchozí látky v plynném stavu s povrchem substrátu. Většina ALD reakcí používá dvě chemické látky, které se nazývají prekurzory.

Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

Předúpravy povrchů velkorozměrných ocelových konstrukcí

V letech 2014 až 2016 budovala jako generální dodavatel firma S.A.F. Praha, spol. s r. o., technologická zařízení pro mechanické předúpravy povrchu, odmašťování a termické nástřiky ve výrobním závodě polské firmy Famet v blízkosti města Opole. Investor a uživatel vyrábí zařízení pro energetiku, plynárenský a ropný průmysl, jejichž součástí jsou velké ocelové svařence s hmotností do 250 tun.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit