بررسی تاثیر افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم بر ریزساختار و رفتار اکسیداسیون دمای بالا پوشش MCrAlY ایجاد شده توسط فرایند HVOF

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 صنعتی مالک اشتر

2 گروه مواد و فرایندهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

در این تحقیق، پودر خالص CoNiCrAlY و کامپوزیتی CoNiCrAlY-2, 4 wt%Al2O3 توسط فرایند HVOF روی زیرلایه‌هایی از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل IN738 پوشش‌دهی شدند. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از روش محلولی برپایه آب و چسب پلی وینل الکل به منظور توزیع نانوذرات اکسید روی ذرات میکرونی CoNiCrAlY تولید شدند. آزمایش اکسیداسیون در دمای ℃1050 و زمان‌های 50، 100، 150 و 200 ساعت در هوای ساکن روی پوشش‌ها انجام شد. ریزساختار و ترکیب فازی پوشش‌ها قبل و بعد از آزمایش اکسیداسیون توسط SEM و XRD بررسی شدند. نتایج نشان دادند که نانوذرات با توزیع نسبتا یکتواخت در اطراف پودرها و ریزساختار پوشش‌های متناظر حضور داشتند. میزان تخلخل و زبری سطح پوشش‌های خالص و کامپوزیتی (2 و 4 درصد وزنی) به ترتیب 6/0، 1 و 7/2 درصد حجمی و 4/4، 8/4 و 1/7 میکرومتر اندازه‌گیری شدند. پس از 200 ساعت آزمایش اکسیداسیون، ضخامت لایه اکسیدی برای پوشش‌های خالص و کامپوزیتی (2 و 4 درصد وزنی) به ترتیب 2/5، 3/4 و 9/5 میکرومتر اندازه‌گیری شد. پوشش‌ CoNiCrAlY حاوی 2 درصد وزنی Al2O3 به دلیل ایجاد موانع نفوذ توسط نانوذرات بهترین مقاومت به اکسیداسیون را نشان داد. درحالیکه پوشش کامپوزیتی حاوی 4 درصد وزنی Al2O3 دارای کمترین مقاومت به اکسیداسیون بود که ناشی از مورفولوژی سطح زبر و وقوع اکسیداسیون داخلی در آن بود.

کلیدواژه‌ها


[1] A. Niaz. A.F. Al Fuhaid and M. I. Faraz. Understanding Corrosion Degradation Processes of a Multi-Component CoNiCrAlY-Coating System. Coatings. 12(2022)1396.
[2] E. Bakan. D.E. Mack. G. Mauer. R. Vaßen. J. Lamon and N.P. Padture. High-temperature materials for power generation in gas turbines. In Advanced ceramics for energy conversion and storage. 1(2020)3-62.
[3] B. Wang. J. Gong. A.Y. Wang. C. Sun. R.F. Huang and L.S. Wen. Oxidation behaviour of NiCrAlY coatings on Ni-based superalloy. Surface and Coatings Technology. 149(2002)70-75.
[4] A. Raza. F. Ahmad. T.M. Badri. M.R. Raza and K. Malik. An Influence of Oxygen Flow Rate and Spray Distance on the Porosity of HVOF Coating and Its Effects on Corrosion—A Review. Materials. 15(2022)6329.
[5] M. Oksa. E. Turunen. T. Suhonen. T. Varis and S.P. Hannula. Optimization and characterization of high velocity oxy-fuel sprayed coatings: techniques, materials, and applications. Coatings. 1(2011)17-52.
[6] T.S. Sidhu. S. Prakash and R.D. Agrawal. Studies on the properties of high-velocity oxy-fuel thermal spray coatings for higher temperature applications. Materials Science. 41(2005)805-823.
[7] F. Ghadami. A.S.R. Aghdam and S. Ghadami. Preparation, characterization and oxidation behavior of CeO2-gradient NiCrAlY coatings applied by HVOF thermal spraying process. Ceramics International. 46(2020)20500-20509.
[8] H. Vasudev. L. Thakur. H. Singh and A. Bansal. Erosion behaviour of HVOF sprayed Alloy718-nano Al2O3 composite coatings on grey cast iron at elevated temperature conditions. Surface Topography: Metrology and Properties. 9(2021)035022.
[9] F. Ghadami. A. Aghdam and S. Ghadami. Characterization of MCrAlY/nano-Al2O3 nanocomposite powder produced by high-energy mechanical milling as feedstock for high-velocity oxygen fuel spraying deposition. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 28(2021)1534-1543.
[10] A.M. Ardali and B. Lotfi. Evaluation of metal dusting resistance of thermal sprayed NiCrAlSiTaY and NiCrAlSiTaY/laser re-melted Al2O3 coatings on Inconel 625. Surface and Coatings Technology. 1(2022)128894.
[11] T.Huang. J. Bergholz. G. Mauer. R. Vassen. D. Naumenko and W.J. Quadakkers. Effect of test atmosphere composition on high-temperature oxidation behaviour of CoNiCrAlY coatings produced from conventional and ODS powders. Materials at high temperatures. 35(2018)97-107.
[12] D. Toma. W. Brandl and U. Köster. The characteristics of alumina scales formed on HVOF-sprayed MCrAlY coatings. Oxidation of Metals. 53(2000)125-137.
[13] T.A. Taylor and D.F. Bettridge. Development of alloyed and dispersion-strengthened MCrAlY coatings. Surface and Coatings Technology. 86(1996)9-14.
[14] H.Y. Wang. D.W. Zuo. Y.L. Sun. X.U. Feng and D. Zhang. Microstructure of nanometer Al2O3 dispersion strengthened Ni-based high-temperature protective coatings by laser cladding. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 19(2009)586-591.
[15] J. Bergholz. B.A. Pint. K.A. Unocic and R. Vaßen. Fabrication of oxide dispersion strengthened bond coats with low Al2O3 content. Journal of Thermal Spray Technology. 26(2017)868-879.
[16] K. Arnold. G. Tatlock. C. Kenel. A. Colella and P. Matteazzi. High temperature isothermal oxidation behaviour of an oxide dispersion strengthened derivative of IN625. Materials at High Temperatures. 35(2018)141-150.
[17] I.G. Wright. Dispersed phases in powder metallurgically-produced alloys: contributions to high-temperature oxidation behavior. Materials at High Temperatures. 1(2022)1-28.
[18] D. Toma. W. Brandl and U. Köster. Studies on the transient stage of oxidation of VPS and HVOF sprayed MCrAlY coatings. Surface and Coatings Technology. 120(1999)8-15.
[19] H. Chen. M. Fan. L. Li. W. Zhu. H.N. Li. J. Li and Y. Yin. Effects of internal oxide contents on the oxidation and β-phase depletion behaviour in HOVF CoNiCrAlY coatings. Surface and Coatings Technology. 424(2021)127666.
[20] L. Zhao. M. Parco and E. Lugscheider. Wear behaviour of Al2O3 dispersion strengthened MCrAlY coating. Surface and Coatings Technology. 184(2004)298-306.
[21] P. Richer. A. Zúñiga. M. Yandouzi and B. Jodoin. CoNiCrAlY microstructural changes induced during cold gas dynamic spraying. Surface and Coatings Technology. 203(2008)364-371.
[22] B.Q. Xu. L.R. Luo. J. Lu. X.F. Zhao and P. Xiao. Effect of residual stress on the spallation of the thermally-grown oxide formed on NiCoCrAlY coating. Surface and Coatings Technology. 381(2020)125112.
[23] M. Bai. B. Song. L. Reddy and T. Hussain. Preparation of MCrAlY– Al2O3 composite coatings with enhanced oxidation resistance through a novel powder manufacturing process. Journal of Thermal Spray Technology. 28(2019)433-443.
[24] S. Saeidi. Microstructure, Oxidation & Mechanical Properties of As-sprayed and Annealed HVOF & VPS CoNiCrAlY Coatings. PhD Thesis. University of Nottingham. 2010.
[25] H.E. Evans and M. P. Taylor. Oxidation of high-temperature coatings. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering. 220(2006)1-10.
[26] N. Li-yong, W. Zi-long and Z. Chun-gen. Effects of surface modification on isothermal oxidation behavior of HVOF-sprayed NiCrAlY coatings. Progress in Natural Science: Materials International. 21(2011)173-179.
[27] J.R. Nicholls. Advances in surface engineering in gas turbines. 6th International Charles Parsons Turbine Conference. (2003)803-826.