BADANIE WYSOKOTEMPERATUROWEGO UTLENIANIA ALUMINIZOWANYCH STOPÓW TYTANU. HIGH TEMPERATURE BEHAVIOR OF ALUMINIZED Ti ALLOYS



Podobne dokumenty
ZACHOWANIE SIĘ STOPÓW NiAl W WARUNKACH WYSOKOTEMPERATUROWEGO UTLENIANIA. HIGH TEMPERATURE OXIDATION OF NiAl ALLOYS

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

ZMIANY KINETYKI UTLENIANIA STALIWA Cr-Ni MODYFIKOWANEGO TYTANEM I CYRKONEM

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

Odporność na utlenianie powłoki AlCrN naniesionej metodą PVD na stop Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,1Si-0,2Ni

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI WARSTW MIĘDZYMETALICZNYCH NA STOPIE Ti-6Al-4V

Laboratorium Ochrony przed Korozją. Ćw. 9: ANODOWE OKSYDOWANIEALUMINIUM

ĆWICZENIE Nr 3/N. zastosowania. 7. Stopy tytanu stosowane w motoryzacji, lotnictwie i medycynie.

Projekt kluczowy. Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym. Segment nr 10

WYSOKOTEMPERATUROWE UTLENIANIE STOPÓW NA OSNOWIE FAZY GAMMA-TiAl: PROCESY W METALICZNYM PODŁOŻU

Politechnika Politechnika Koszalińska

Materiały Reaktorowe. Efekty fizyczne uszkodzeń radiacyjnych c.d.

Wpływ grubości powłoki platyny na trwałość warstwy aluminidkowej wytworzonej w procesie CVD na podłożu nadstopów niklu Inconel 713 LC i CMSX 4

43 edycja SIM Paulina Koszla

Laboratorium Ochrony przed Korozją. GALWANOTECHNIKA II Ćw. 6: ANODOWE OKSYDOWANIE ALUMINIUM

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Aleksandra Świątek KOROZYJNA STALI 316L ORAZ NI-MO, TYTANU W POŁĄ ŁĄCZENIU Z CERAMIKĄ DENTYSTYCZNĄ W ROZTWORZE RINGERA

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

MODYFIKACJA STOPU AK64

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

ODPORNO NA KOROZJ WIELOSKŁADNIKOWYCH STOPÓW NA OSNOWIE Al-Mg

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

ANTYŚCIERNE I ANTYKOROZYJNE WARSTWY NOWEJ GENERACJI WYTWARZANE W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

BADANIE WYDZIELEŃ W STALIWIE RUR KATALITYCZNYCH PRZY POMOCY MIKROSKOPU SKANINGOWEGO

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

Innowacyjne warstwy azotowane nowej generacji o podwyższonej odporności korozyjnej wytwarzane na elementach maszyn

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH.. - należy podać schemat obliczeń (skąd się biorą konkretne podstawienia do wzorów?)

Promotor: prof. nadzw. dr hab. Jerzy Ratajski. Jarosław Rochowicz. Wydział Mechaniczny Politechnika Koszalińska

WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera

BADANIA ŻAROODPORNOŚCI WYBRANYCH NADSTOPÓW NA OSNOWIE NIKLU

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

KOROZYJNO - EROZYJNE ZACHOWANIE STALIWA Cr-Ni W ŚRODOWISKU SOLANKI

PL B1. Sposób lutowania beztopnikowego miedzi ze stalami lutami twardymi zawierającymi fosfor. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL

Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na strukturę i grubość warstwy anodowej 1

LABORATORIUM SPEKTRALNEJ ANALIZY CHEMICZNEJ (L-6)

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Opracowali: dr inż. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

Laboratorium Ochrony przed Korozją. Ćw. 3: MECHANIZMY KOROZJI GAZOWEJ

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

ĆWICZENIE Nr 4. Laboratorium Struktura i procesy strukturalne. Opracowała: prof. dr hab. Barbara Surowska

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

MATERIAŁOZNAWSTWO. dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 128 (budynek Żelbetu )

WPŁYW TERMICZNEGO UTLENIANIA NA WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIWE STOPU TI-6AL-7NB

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

WYBRANE MASYWNE AMORFICZNE I NANOKRYSTALICZNE STOPY NA BAZIE ŻELAZA - WYTWARZANIE, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

TRANSPORT REAGENTÓW PRZEZ ZWARTĄ WARSTWĘ ZGORZELINY

Katedra Inżynierii Materiałowej

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

Procesy kontrolowane dyfuzją. Witold Kucza

Technologie Materiałowe II Spajanie materiałów

CHARAKTERYSTYKA ZMIAN STRUKTURALNYCH W WARSTWIE POŁĄCZENIA SPAJANYCH WYBUCHOWO BIMETALI

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Recenzja. (podstawa opracowania: pismo Dziekana WIPiTM: R-WIPiTM-249/2014 z dnia 15 maja 2014 r.)

BADANIA MORFOLOGII ZGORZELIN UTWORZONEJ NA STALI CROFER 22APU Z WYKORZYSTANIEM MIKROSKOPII KONFOKALNEJ

ĆWICZENIE Nr 4/N. Laboratorium Materiały Metaliczne II. Opracowała: dr Hanna de Sas Stupnicka

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WPŁYW TEMPERATURY WYGRZEWANIA NA UDZIAŁ FAZ PIERWOTNYCH W STRUKTURZE ŻAROWYTRZYMAŁEGO ODLEWNICZEGO STOPU KOBALTU

PL B1. Politechnika Świętokrzyska,Kielce,PL BUP 10/08. Wojciech Depczyński,Jasło,PL Norbert Radek,Górno,PL

BUDOWA STOPÓW METALI

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

Odporność na korozję wysokotemperaturową powłok Al-Si wytwarzanych na stopach TiAl

Laboratorium Ochrony przed Korozją. Ćw. 2A: MODELOWANIE KOROZJI W WARUNKACH CYKLICZNYCH ZMIAN TEMPERATURY

Kod przedmiotu: IM.G.D1.4 Inżynieria materiałowa Rodzaj przedmiotu Specjalnościowy. Poziom przedmiotu Studia I stopnia. Liczba godzin/tydzień 2W e, 1L

Żaroodporne powłoki Al-Si wytworzone metodą zawiesinową

Samopropagująca synteza spaleniowa

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ PŁ LABORATORIUM TECHNOLOGII POWŁOK OCHRONNYCH ĆWICZENIE 1 POWŁOKI KONWERSYJNE-TECHNOLOGIE NANOSZENIA

O NIEKTÓRYCH SKUTKACH ODDZIAŁYWANIA PROMIENIOWANIA LASERA RUBINOWEGO Z UKŁADEM CIENKA WARSTWA WĘGLIKÓW METALI NA KAPILARNO-POROWATYM PODŁOŻU

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

OCENA WPŁYWU PARAMETRÓW NADTAPIANIA LASEROWEGO W WARUNKACH KRIOGENICZNYCH NA STRUKTURĘ WARSTWY WIERZCHNIEJ NA STOPIE Ti-6Al-4V

Dr hab. inż. Wojciech Simka, prof. PŚ

Nauka przez obserwacje - Badanie wpływu różnych czynników na szybkość procesu. korozji

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

KOROZJA KATASTROFALNA W ATMOSFERACH NAWĘGLAJĄCYCH

Problemy elektrochemii w inżynierii materiałowej

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

MIKROSTRUKTURA I ODPORNOŚĆ KOROZYJNA DYFUZYJNYCH WARSTW ALUMINIDKOWYCH WYTWORZONYCH NA PODŁOŻU NADSTOPU NIKLU INCONEL 713C

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CrC+(Ni-Mo)+CrN

Doświadczenia eksploatacyjne i rozwój powłok ochronnych typu Hybrid stosowanych dla ekranów kotłów parowych

WPŁYW GNIOTU WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI POWŁOK Z FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

DYSOCJACYJNY MECHANIZM NARASTANIA ZGORZELIN NA METALACH

Zespół Szkół Samochodowych

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Transkrypt:

ADAM STAWIARSKI, ZBIGNIEW ŻUREK *, WOJCIECH SZKLINIARZ, JAN SIENIAWSKI BADANIE WYSOKOTEMPERATUROWEGO UTLENIANIA ALUMINIZOWANYCH STOPÓW TYTANU HIGH TEMPERATURE BEHAVIOR OF ALUMINIZED Ti ALLOYS Streszczenie Abstract W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań wysokotemperaturowego utleniania stopów Ti64V oraz Ti482Cr2Nb pokrytych warstwą Ni 2 3 otrzymaną metodą aluminizowania powłoki Ni. Utlenianie stopów przeprowadzono w temp. 800 C w atmosferze powietrza. Stwierdzono, że w końcowym etapie utleniania stopu Ti64V na powierzchni powłoki metalicznej tworzy się niemająca właściwości ochronnych zgorzelina TiO 2. Ochronna zgorzelina 2 O 3 powstaje natomiast w trakcie utleniania stopu Ti482Cr2Nb. Słowa kluczowe: stopy Ti, pack cementation, powłoki metaliczne In this paper results of aluminized Ti alloys and Ti alloys covered by Ni layer and next aluminized are presented. uminize coating relay on the formation of intermetallic phases on the surface component alloys. Such formed layer possess good corrosion resistance at high temperature. Ti64V and Ti482Cr2Nb were used for our investigation. Corrosion behavior were studied at 800 C in air atmosphere. Keywords: Ti alloys, metallic layer, pack aluminization Dr inż. Adam Stawiarski, prof. dr hab. inż. Zbigniew Żurek, Instytut Chemii i Technologii Nieorganicznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska. Dr hab. inż. Wojciech Szkliniarz, prof. PŚ, Katedra Nauki o Materiałach, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska. Prof. dr hab. inż. Jan Sieniawski, Katedra Materiałoznawstwa, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska.

134 1. Wstęp Nowe materiały konstrukcyjne o zwiększonej odporności na korozję wysokotemperaturową można otrzymać poprzez modyfikację ich składu chemicznego lub nałożenie na ich powierzchnię warstwy powierzchniowej o dobrych właściwościach żaroodpornych. Nałożone na powierzchnię stopów powłoki metaliczne nie wpływają na zmianę ich właściwości mechanicznych, lecz mogą przyczynić się do znacznej poprawy odporności korozyjnej [1]. Tego typu rozwiązania są zdecydowanie bardziej opłacalne niż zmiana składu chemicznego stopu. Stopy na osnowie tytanu niewiele ustępują właściwościom tradycyjnych materiałów żaroodpornych. Stosowane są w szerokim zakresie temperatur, co powoduje, że są materiałami o dużych perspektywach rozwojowych. Stopy Ti charakteryzuje niska odporność na utlenianie w temperaturach powyżej 700 C i jest wynikiem tworzenia się zgorzeliny będącej mieszaniną tlenków tytanu i glinu. Powstanie odpornej na utlenianie, ciągłej warstwy 2 O 3 uniemożliwia obecność w zgorzelinie zarodków TiO 2. Warunkiem koniecznym do uzyskania wysokiej żaroodporności stopów Ti jest utworzenie ciągłej warstwy ochronnej 2 O 3 na całej powierzchni materiału [2, 3]. Polepszenie ich odporności na utlenianie jest niezbędne do zwiększenia zakresu ich zastosowania i niezawodności w wysokich temperaturach. Wytworzenie na powierzchni stopów warstw wierzchnich lub powłok ochronnych może powodować zmniejszenie szybkości narastania zgorzeliny heterofazowej. Jedną z metod poprawy żaroodporności stopów jest wytworzenie na ich powierzchni warstwy Ni 2 3, która w czasie wysokotemperaturowego utleniania pokrywa się ochronną zgorzeliną 2 O 3 [3]. Warstwę Ni 2 3 można uzyskać w procesie aluminizowania (ang. pack aluminization) materiałów metalicznych pokrytych warstwą niklu [4]. W przypadku stopów Ti o dużej zawartości, pokrytych warstwą Ni, tworzenie się powłoki Ni 2 3 w procesie aluminizowania jest wynikiem dyfuzji glinu zarówno ze złoża reakcyjnego używanego w procesie, jak i ze stopu [5]. Celem badań było wytworzenie powłoki Ni 2 3 na powierzchni stopów Ti64V, Ti482Cr2Nb oraz obserwacja jej zachowania w czasie wysokotemperaturowego utleniania w atmosferze powietrza. 2. Metodyka badawcza Do badań wykorzystano próbki stopów Ti64V oraz Ti482Cr2Nb, które wycinano w postaci krążków o średnicy ok. 16,0 mm i grubości 1,6 mm lub równoległościanu o wymiarach: 15,0 15,0 2,0 mm. Następnie próbki szlifowano na papierach ściernych i odtłuszczano w alkoholu etylowym. W celu wytworzenia warstwy Ni 2 3 próbki poddano kolejno procesom: niklowania metodą galwaniczną i aluminizowania oraz aluminizowania/ /niklowania/aluminizowania. Niklowanie elektrochemiczne przeprowadzono w roztworze typu Wattsa [6]. Do naczynia z roztworem do niklowania umieszczonym na mieszadle magnetycznym wprowadzono anodę niklową oraz katodę, którą stanowiła badana próbka. Żądaną temperaturę kąpieli do niklowania (55 C) zapewniał termoregulator. Niklowanie prowadzono w czasie 100 min przy gęstości prądu 5,0 ma/cm 2. Przy tak określonych warunkach procesu uzyskano powłokę Ni o grubości 10,0 ± 0,5 μm.

135 Proces aluminizowania próbek stopów Ti64V oraz Ti482Cr2Nb przeprowadzono w złożu aktywnym typu H-bed zawierającym: w postaci proszku (15% mas.), NH 4 Cl (3% mas.) oraz 2 O 3 (82% mas.) [6]. uminizowanie prowadzono w temperaturze 550 C w czasie 2 h. Próbki stopów Ti64V i Ti482Cr2Nb wraz z uzyskaną w procesie pack aluminization powłoką poddano utlenianiu w atmosferze powietrza w temperaturze 800 C, przy czym: dla stopu Ti64V wykonano badania kinetyki utleniania, a stop Ti482Cr2Nb utleniano izotermicznie w czasie 500 h. Do badania składu fazowego wytworzonych warstw i zgorzelin zastosowano rentgenowską dyfraktometryczną analizę z powierzchni metodą odbicia promieniowania z użyciem aparatu rentgenowskiego X Pert PW 1830 firmy Philips. Do badania morfologii powierzchni zgorzelin i wyznaczenia składu chemicznego w wybranych punktach oraz budowy i rozkładu pierwiastków wzdłuż linii na poprzecznych przekrojach wykorzystano mikroskop skaningowy typu JEOL JSM5400. 3. Wyniki badań i dyskusja Proces pack aluminization polega na wprowadzaniu do powierzchni metalu atomów przez wygrzewanie w wysokiej temperaturze w złożu zawierającym aktywne aluminium [7 9]. Schemat formowania powłoki Ni 2 3 na stopach Ti przedstawiono na rys. 1. W trakcie trwania procesu pack aluminization warstwa niklu przekształca się w aluminidek niklu w wyniku równoczesnej dyfuzji od zewnętrznej strony powierzchni powłoki Ni i podłoża. Dyfuzja od zewnętrznej strony powierzchni jest procesem dominującym. Ti Ni H-bed Ni Ti Ti Ti Ni Ni23 Ti Ti3 Ti2 Ti Ti First stage Final stage Rys. 1. Kierunki strumieni dyfuzji w powłoce Ni na stopach Ti w trakcie procesu aluminizowania Fig. 1. Directions of the diffusion streams in the Ni layer on Ti alloys during the pack aluminization process W wyniku procesów dyfuzji podczas pack aluminization w materiale podłoża zachodzą procesy wtórne, dyfuzja do podłoża oraz Ti do warstwy. W konsekwencji po stronie powłoki Ni 2 3 graniczącej ze stopem tworzą się wyższe aluminidki tytanu (Ti 2, Ti 3 ) zawierające więcej glinu niż w stopie wyjściowym. Oprócz aluminidków niklu mogą również pojawić się związki międzymetaliczne Ti--Ni.

136 Wytworzona warstwa Ni 2 3 nie ma zdolności blokowania lub hamowania dyfuzji tytanu z podłoża do zewnętrznej powierzchni powłoki. Zjawisko to jest niekorzystne, gdyż podczas utleniania, po przekroczeniu krytycznego stężenia Ti pod powierzchnią utworzonej warstwy 2 O 3, może dojść do powstania zgorzeliny heterofazowej ( 2 O 3 + TiO 2 ). Aby ograniczyć to zjawisko, próbki stopu Ti482Cr2Nb przed niklowaniem poddano procesowi pack aluminization. W wyniku tego procesu uzyskano na jego powierzchni warstwę wzbogaconą w glin, zawierającą głównie Ti 3. Warstwa ta powinna w czasie formowania warstwy Ni 2 3 hamować lub blokować dyfuzję tytanu od podłoża. Na rysunku 2 przedstawiono dyfraktogramy z powierzchni próbek stopów Ti64V i Ti482Cr2Nb po procesie aluminizowania. Stop Ti64V poddano, kolejno, procesom niklowania i aluminizowania, natomiast stop Ti482Cr2Nb aluminizowania/niklowania/ /aluminizowania. Z przeprowadzonej analizy składu fazowego wynika, że na stopach uzyskano pożądaną fazę aluminidku niklu. Wytworzona warstwa ma charakter ciągły i równomierny. W wyniku zastosowania dla stopu Ti482Cr2Nb procesu pack aluminization przed niklowaniem w utworzonej warstwie wierzchniej nie stwierdzono fazy zawierającej Ti. a) b) Rys. 2. Dyfraktogram z powierzchni próbki stopu: a) Ti64V, b) Ti482Cr2Nb po procesie aluminizowania Fig. 2. The diffractograms of the surface of the samples of alloys: a) Ti64V; b) Ti482Cr2Nb after pack aluminization Warstwę Ni, która pozostała po procesie aluminizowania nieprzekształcona w aluminidek, stwierdzono na obu stopach. Warstwa ta identyfikowana jest na granicy faz stop/aluminidek niklu. Warstwa niklu nie przekształciła się w aluminidek ze względu na niską temperaturę procesu lub krótki czas aluminizowania. Przekrój poprzeczny próbki stopu Ti482Cr2Nb po procesie aluminizowania/niklowania/aluminizowania wraz z analizą rozkładu pierwiastków wzdłuż linii (, Ti, Cr, Ni, Nb) przedstawiono na rys. 3. Nieprzereagowana warstwa Ni może w toku dalszego wygrzewania prowadzić do powstania Ni w wyniku rozpadu części Ni 2 3 wg reakcji Ni 2 3 2Ni + (1) + Ni Ni (2) Utworzona warstwa wykazuje pewną porowatość w wyniku koalescencji pustych węzłów po wydyfundowanym. Dla pełnego rozpadu Ni 2 3 niezbędne jest długotrwałe wyżarzanie w dostatecznie wysokiej temperaturze, gdyż proces tworzenia się Ni jest powolny.

137 Rys. 3. Przekrój poprzeczny próbki stopu Ti482Cr2Nb po procesie aluminizowania/niklowania/ /aluminizowania wraz z rozkładem pierwiastków wzdłuż linii (, Ti, Cr, Ni, Nb) Fig. 3. The lateral cross-section of the Ti482Cr2Nb sample after the pack aluminization/nickel plating/pack aluminization process, and the analysis of the distribution of elements along the line (, Ti, Cr, Ni, Nb) 3.1. Badanie utleniania stopu Ti64V Badania kinetyki utleniania stopu Ti64V przeprowadzono w atmosferze powietrza w temperaturze 800 C metodą termograwimetryczną. Przebieg kinetyki utleniania próbek stopu bez powłoki oraz z powłoką Ni 2 3 przedstawiono na rys. 4a). Analizę fazową z powierzchni próbki stopu z powłoką po utlenianiu przedstawia dyfraktogram na rys. 4b). a) b) Δ Rys. 4a) Kinetyki utleniania próbek stopu Ti64V w atmosferze powietrza w temperaturze 800 C, b) dyfraktogram z powierzchni próbki stopu z powłoką Ni 2 3 po utlenianiu Fig. 4a) The oxidation kinetics of the Ti64V alloy samples in air atmosphere, at 800 C, b) diffractogram of the surface of the alloy sample covered with the Ni 2 3 coating after oxidation Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że podczas procesu utleniania w atmosferze powietrza wytworzona na powierzchni stopu Ti64V warstwa Ni 2 3 może skutecznie chronić stop przed utlenianiem, pod warunkiem istnienia odpowiedniej jej grubości oraz wytworzenia stabilnej warstwy 2 O 3. Właściwości ochronne powłoki określone są czasem jej istnienia na powierzchni stopu. Cienka warstwa Ni 2 3 nie może sku-

138 tecznie chronić podłoża przed utlenieniem. Na powierzchni warstwy po dłuższym czasie ekspozycji wytwarza się zgorzelina heterofazowa (TiO 2 + 2 O 3 ). Przyrost masy próbki pokrytej warstwą Ni/Ni 2 3 po dłuższym czasie ekspozycji jest wyższy niż próbki bez powłoki. Wiąże się to z faktem powstawania również tlenków niklu, których szybkość tworzenia się jest większa niż TiO 2 i 2 O 3. 3.2. Badanie utleniania stopu Ti482Cr2Nb Badania utleniania stopu Ti482Cr2Nb przeprowadzono metodą ciągłą w atmosferze powietrza w temperaturze 800 C w czasie 500 h. Obraz mikrostruktury powierzchni próbki stopu z powłoką po utlenianiu wraz z analizą EDX w wybranych punktach przedstawiono na rys. 5. Na rysunku 6 pokazano przekrój poprzeczny próbki stopu. Rozkład pierwiastków wzdłuż linii (O,, Ti, Cr, Ni, Nb) na przekroju poprzecznym zamieszczono na rys. 7. Rys. 5. Mikrofotografie powierzchni próbki stopu Ti482Cr2Nb z powłoką Ni 2 3 po utlenianiu w atmosferze powietrza w temp. 800 C w czasie 500 h wraz z analizą EDX w zaznaczonych punktach Fig. 5. Micrographs of the surface of the Ti482Cr2Nb alloy with the Ni 2 3 coating, after oxidation in air atmosphere, at 800 C, for 500 hours, and the EDX analysis in the points shown

139 Rys. 6. Przekrój poprzeczny próbki stopu Ti482Cr2Nb z powłoką Ni 2 3 po utlenianiu w atmosferze powietrza w temp. 800 C w czasie 500 h Fig. 6. The lateral cross-section of Ti482Cr2Nb alloy with the Ni 2 3 coating, after oxidation in air atmosphere, at 800 C, for 500 hours Rys. 7. Przekrój poprzeczny próbki stopu Ti482Cr2Nb z powłoką Ni 2 3 po utlenianiu w atmosferze powietrza w temp. 800 C w czasie 500 h wraz z rozkładem pierwiastków wzdłuż linii (O,, Ti, Cr, Ni, Nb) Fig. 7. The lateral cross-section of Ti482Cr2Nb alloy with the Ni 2 3 coating, after oxidation in air atmosphere, at 800 C, for 500 hours, and the distribution of elements along the line (O,, Ti, Cr, Ni, Nb) Badania mikroskopowe SEM powierzchni utworzonej zgorzeliny oraz analiza składu wykazały, że powstała po utlenianiu warstwa ma praktycznie na całej powierzchni stopu pofałdowaną drobnokrystaliczną strukturę z wykształconymi wiskerami zbudowanymi z 2 O 3. Tworzenie się pofałdowań na powierzchni zgorzeliny 2 O 3 tłumaczone jest na ogół jej poprzecznym wzrostem. Przyjęto, że poprzeczny wzrost zachodzi wówczas, gdy reakcja utleniania przebiega nie tylko na granicy zgorzelina metal, ale również na granicach międzyziarnowych w tlenku, gdzie spotykają się strumienie dwóch reagentów: tlenu, dyfundu-

140 jącego dordzeniowo po granicach ziaren, i glinu, dyfundującego odrdzeniowo po defektach punktowych w tlenku. Jeśli adhezja warstwy tlenkowej do metalu jest dobra, a metaliczne podłoże jest wystarczająco plastyczne, wówczas poprzeczny wzrost zgorzeliny prowadzi do wytworzenia pofałdowań na granicy z fazą metaliczną. Jeśli jednak adhezja fazy tlenkowej do fazy metalicznej jest słaba, poprzeczny wzrost zgorzeliny prowadzi do utraty kontaktu między produktem korozji a stopem. Odsłonięcie fazy metalicznej oznacza znaczne przyspieszenie procesu korozji ze względu na bezpośrednie działanie utleniacza wnikającego do granicy faz zgorzelina/stop poprzez mikropęknięcia. Dodatki stopowe (Cr, Nb), korzystnie wpływające na właściwości mechaniczne stopu, nie wprowadziły istotnych zmian w strukturze utworzonej zgorzeliny 2 O 3. Z analizy rozkładu pierwiastków wzdłuż linii wynika, że nastąpiło nieznaczne wzbogacenie warstwy przypowierzchniowej stopu w oba składniki. 4. Podsumowanie Przeprowadzone badania pozwalają na sformułowanie wniosku, że na poprawę żaroodporności stopu Ti64V, nienależącego do grupy żaroodpornych stopów Ti o wysokiej zawartości, ma wpływ wytworzona na jego powierzchni warstwa Ni 2 3. Warstwę Ni 2 3 uzyskano w trakcie aluminizowania stopu pokrytego niklem. Utworzona warstwa aluminidku jest warstwą dyfuzyjną powstałą w wyniku wdyfundowania do warstwy niklu ze złoża. W początkowym okresie utleniania stopu Ti64V zaobserwowano niewielkie przyrosty masy. Przyspieszenie korozji po okresie początkowym można wiązać z odpadaniem fragmentów zgorzeliny i odsłonięciem powierzchni stopu, co prowadzi do utworzenia się zgorzeliny zbudowanej z TiO 2 bądź zgorzeliny heterofazowej ( 2 O 3 + TiO 2 ). Podczas utleniania w atmosferze powietrza próbek stopu Ti482Cr2Nb z wytworzoną warstwą Ni 2 3 na jej powierzchni powstaje ochronna zgorzelina 2 O 3. Oznacza to, że zgorzelina ta tworzy ciągłą warstwę i stanowi barierę dla dostępu tlenu do powierzchni stopu. Aby w trakcie formowania powłoki oraz utleniania ograniczyć wymianę dyfuzyjną na granicy warstwa Ni 2 3 /stop, w której biarą udział głównie tytan i glin, powłokę ochronną Ni 2 3 na stopie Ti482Cr2Nb wytwarzano trzyetapowo: 1) utworzenie warstwy Ti 3 na stopie metodą pack cementation, 2) utworzenie warstwy Ni metodą elektrochemiczną, 3) przekształcenie warstwy Ni w powłokę Ni 2 3 metodą pack cementation. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że wytwarzanie warstwy Ni 2 3 na stopach Ti jest skuteczną drogą do poprawy ich odporności na wysokotemperaturowe utlenianie w atmosferze powietrza. Praca wykonana w ramach projektu badawczego nr N507 134 31/3322 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Literatura 141 [1] Balcerowska B., Ozgowicz W., Rydarowski H., Szota J., Tkaczyk S., Walczak K., Powłoki Ochronne, Skrypt 2024, wyd. II, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997, 77-78, 96-131, 454-473. [2] VIII Ogólnopolska konferencja:,,tytan i jego stopy, PWN, Warszawa 2005, 229, 261, 267, 347. [3] Bylica A., Sieniawski J., Tytan i jego stopy, wyd. I, PWN, Warszawa 1985. [4] I z u m i T., N i s h i m o t o T., N a r i t a T., Formation and oxidation behavior of Ni 2 3 coating on heat-resistant Ti-alloy, Intermetallics 13, 2005, 615-619. [5] Izumi T., Nishimoto T., Narita T., Formation of nickel aluminide coating on γ-ti alloy, Intermetallics 11, 2003, 841-848. [6] D e n n i s J. K., S u c h T.E., Nikel and Chromium Plating, Buttrtworths, Londyn 1986. [7] M a b u c h i H., A s s a i T., N a k a y a m a Y., uminide Coating on Ti Compound, Scripta Metall. 23, 1989, 685. [8] Takei A., Ishida A., uminized Coatings on Titanium loys and Ti Intermetallics in High Temperature, Corrosion of Advanced Materials and Protecting Coating (Conf. Proc), Tokyo, 5 7 Dec 1990, 317. [9] Smialek J.L., Oxidation Behaviour of Ti 3 Coatings and loys, Corr. Sci. 35, 1993, 1199.