پوشش دهی آلومینایدی مجاری هواگذر پره توربین IN-738LC با قطر کمتر از 2 میلیمتر به روش دوغابی

جوکار, علی; هادوی, سیدمحمدمهدی

پوشش دهی آلومینایدی مجاری هواگذر پره توربین IN-738LC با قطر کمتر از 2 میلیمتر به روش دوغابی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

برای کاهش دمای پره در زمان کارکرد توربین، مجاری هواگذر با قطرهای کوچک تعبیه می‌گردد. پوشش‌دهی این مجاری از حساسیت خاصی برخوردار است. روش دوغابی که در عین سادگی، بسیار کاربردی و عملیاتی است برای اعمال پوشش انتخاب شد. مواد اصلی تشکیل‌دهنده این دوغاب‌ها پودر فلزی، بایندر و حلال است. درصورت انتخاب درست این مواد و تولید دوغابی با ویکسوزیته مناسب می‌توان سطوح داخلی مجاری با قطر کمِ پره توربین را بدون بسته‌شدن مجاری با میکروساختار مورد نظر پوشش داد. در این پژوهش، از قطعه ریخته‌گری‌شده اینکونل 738LC به‌عنوان زیرلایه استفاده شد. سوراخ-هایی با قطر 1 تا 5/1 میلیمتر تعبیه گردید. از طرف دیگر با استفاده از مقادیر مشخصی از پودر آلومینیوم، سلولزاستات و استون، دوغابی با ویسکوزیته و ترشوندگی مناسب تهیه شد. سپس دوغاب به درون مجاری تزریق گردید. فرایند پوشش‌دهی در دو مرحله در دمای 850 و سپس 1100 درجه سانتیگراد در کوره تیوبی تحت اتمسفر محافظ آرگون صورت گرفت. بررسی‌های ریزساختاری پوشش با استفاده از میکروسکوپی الکترونی روبشی و پراش‌سنج پرتوی ایکس انجام شد. نتایج حاکی از آن است که پوشش آلومینایدی یکنواختی به ضخامت حدود 100 تا 120 میکرون تمام سطح سوراخ را پوشاند و فاز مطلوب β-NiAl تشکیل شد. این یکنواختی پوشش نشان می‌دهد که دوغاب از ترشوندگی مناسبی برخوردار بوده و همچنین گرانروی 20 ± 210 سانتی پوز (cp) می‌تواند بدون مسدودکردن، در مجاری حرکت کند.

کلیدواژه‌ها

مراجع

[1] H.I.H. Saravanamuttoo, P.V. Straznicky, G.F.C. Rogers, H. Cohen, A.C. Nix, Gas Turbine Theory, 7th ed., pearson, 2017.

[2] T.J. Carter, Common failures in gas turbine blades, Eng. Fail. Anal. 12 (2005) 237–247. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2004.07.004.

[3] S. Han, Je-Chin and Dutta, Sandip and Ekkad, Gas turbine heat transfer and cooling technology, CRC press, 2012.

[4] S.E. Bauer, Method for coating an internal surface of an article with an aluminum-containing coating, US Patent No. 7056555, 2006.

[5] R. Darolia, Modified diffusion aluminide coating for internal surfaces of gas turbine components, US Patent No. 6273678, 2001.

[6] Martinengo, Carughi, Process for producing protective coatings on metals and metal alloys for use at high temperatures, US Patent No. 4241113, 1980.

[7] M.N. Rahaman, Ceramic processing, CRC press, 2017.

[8] D. LIN, Slurry and a coating method, US patent No. 0176115, 2015.

[9] Montero, X., Galetz, M.C. & Schütze, M. A Novel Type of Environmentally Friendly Slurry Coatings. JOM 67, 77–86 (2015). https://doi.org/10.1007/s11837-014-1239-x.

[10] D. Lee, H. Lee, H. Jeong, Slurry components in metal chemical mechanical planarization (CMP) process: A review, Int. J. Precis. Eng. Manuf. 17 (2016) 1751–1762. https://doi.org/10.1007/s12541-016-0201-y.

[11] R.H. Petrucci, F.G. Herring, J.D. Madura, Carey Bissonnette, General chemistry Principles and Modern Applications, 10th ed., Pearson Prentice Hall, Toronto, 2011. https://doi.org/10.2307/3468263.

[12] Milaniak, Orzel, Lamm, DeSauliners, Aqueous slurry coating system for aluminide coatings, US Patent No.5366765, 1994.

[13] Bose k., slurry coating system, US Patent No. 5824366, 1998.

[14] Park, Sangeeta, Lau, Grossman, Nye, Method for forming metallic-based coating, US Patent No. 6413582, 2002.

[15] Graham, Herbert, Beck, King, Aluminide coating process, US Patent No. 6881439, 2005.

[16] K. Shirvani, A. Firouzi, Aluminide coating formation on internal passages of GTD-111 superalloy by slurry technique, Mater. Sci. Forum. 595-598 PA (2008) 185–190. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.595-598.185.

[17] A. Firouzi, K. Shirvani, Internal surface protection of gas turbine blade by Si-aluminide coating, Mater. Corros. 62 (2011) 681–686. https://doi.org/10.1002/maco.201005854.

[18] A. Firouzi, K. Shirvani, The structure and high temperature corrosion performance of medium-thickness aluminide coatings on nickel-based superalloy GTD-111, Corros. Sci. 52 (2010) 3579–3585. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.06.026.

[19] M.C. Meelu, aluminide silicide coating,coating composition, US Patent No. 6126758, 2000.

[20] D. Park, D. Sangeeta, Y. Lau, Grossman, Method for forming metallic-based coating, US Patent No. 6413582, 2002.

[21] Y. Tamarin, Protective coatings for turbine blades, ASM International, 2002.

[22] G.W. Goward, D.H. Boone, Mechanisms of Formation of Diffusion Aluminide Coatings on Nickel-Base Superalloys, 3 (1971) 475–495.

[23] A.E. Kochmańska, Aluminide coatings on inconel 617 obtained by slurry method with inorganic binder, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 85 (2017) 49–55. https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.8034.

[24] P. Visuttipitukul, N. Limvanutpong, P. Wangyao, Aluminizing of nickel-based superalloys grade in 738 by powder liquid coating, Mater. Trans. 51 (2010) 982–987. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009382.

[25] J. Huang, F. Zhao, X. Cui, J. Wang, T. Xiong, Long-term oxidation behavior of silicon-aluminizing coating with an in-situ formed Ti5Si3 diffusion barrier on γ-TiAl alloy, Applied Surface Science, Volume 582, 2022, 152444.

[26] S.A. Azarmehr, K. Shirvani, A. Solimani, M. Schütze, M.C. Galetz, Effects of Pt and Si on the low temperature hot corrosion of aluminide coatings exposed to Na 2 SO 4 -60 mol% V 2 O 5 salt, Surf. Coatings Technol. 362 (2019) 252–261. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.01.116.

[27] Y. Puente, A. Paz, D. Dunand, Effect of Cr content on interdiffusion and Kirkendall pore formation during homogenization of pack-aluminized Ni and Ni–Cr wires., Intermetallics. 117 (2020) 106634.

[28] R. Bianco, R.A. Rapp, Pack cementation diffusion coatings, Metall. Ceram. Prot. Coatings. (1996) 236–260. https://doi.org/10.1007/978-94-009-1501-5_9.

[29] N.S.S. and W.C.H. Chester T. Sims, Super Alloy II, John Wiley and Sons, New York, 1987.

[30] B. Baufeld, U. Schulz, Life time dependency on the pre-coating treatment of a thermal barrier coating under thermal cycling, Surf. Coat. Technol., 201, (2006) 2667-2675.

[31] A.J. Rasmussen, A. Agüero, M. Gutierrez, M. José Landeira Østergård, Microstructures of thin and thick slurry aluminide coatings on Inconel 690, Surf. Coatings Technol. 202 (2008) 1479–1485. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.06.056.

[32]. V. G. Khoruzha,1 K. E. Kornienko,1,3 D. V. Pavlyuchkov,1 B. Grushko,2 and T. Ya. Velikanova, THE Al–Cr–Fe PHASE DIAGRAM. I. PHASE EQUILIBRIA AT SUBSOLIDUS TEMPERATURES OVER COMPOSITION RANGE 58–100 AT.% Al, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 50, (1-2), 2011.

[33] B. Grushko, B. Przepiorzynski, and D. Pavlyuchkov, On the Constitution of the High Al-Region of the Al-Cr Alloy System, J. Alloys Compd., 454, 2008, 454, p 214-220.

[34]. S. Bose, High Temperature Coatings, Butterworth- Heinemann, London, 2014.