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

Podobne dokumenty
WPŁYW RÓŻNOWARTOŚCIOWYCH DOMIESZEK NA SZYBKOŚĆ WZROSTU ZGORZELIN NA METALACH (TEORIA HAUFFEGO-WAGNERA)

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

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

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

KOROZJA KATASTROFALNA W ATMOSFERACH NAWĘGLAJĄCYCH

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

KINETYKA UTLENIANIA METALI

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

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

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

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

ZMIANY KINETYKI UTLENIANIA STALIWA Cr-Ni MODYFIKOWANEGO TYTANEM I CYRKONEM

SIARKOWANIE MATERIAŁÓW METALICZNYCH

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

Procesy kontrolowane dyfuzją. Witold Kucza

DYSOCJACYJNY MECHANIZM NARASTANIA ZGORZELIN NA METALACH

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

TERMODYNAMIKA PROCESÓW KOROZJI WYSOKOTEMPERATUROWEJ

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

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

Stabilność związków nieorganicznych - rozwaŝania termodynamiczne.

KOROZJA KATASTROFALNA W ATMOSFERACH NAWĘGLAJĄCYCH

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA. Tom XLVIII Rok 2008 Zeszyt 3

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

DYSOCJACYJNY MECHANIZM NARASTANIA ZGORZELIN NA METALACH

BUDOWA STOPÓW METALI

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

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

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

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

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

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

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

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

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Wykresy równowagi fazowej. s=0

ODPORNO NA KOROZJ WIELOSKŁADNIKOWYCH STOPÓW NA OSNOWIE Al-Mg

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

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

Problemy elektrochemii w inżynierii materiałowej

Samopropagująca synteza spaleniowa

BADANIA ŻAROODPORNOŚCI WYBRANYCH NADSTOPÓW NA OSNOWIE NIKLU

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

a. Dobierz współczynniki w powyższym schemacie tak, aby stał się równaniem reakcji chemicznej.

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

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

Stopy żelaza. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

uczeń opanował wszystkie wymagania podstawowe i ponadpodstawowe

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

Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

Metodyka badań struktury defektów punktowych (I)

Analiza strukturalna materiałów Ćwiczenie 4

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

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

Sympozjum Inżynieria materiałowa dla przemysłu

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

S. PIETROWSKI 1 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, Łódź

Adres do korespondencji:

Kształtowanie struktury i własności użytkowych umacnianej wydzieleniowo miedzi tytanowej. 7. Podsumowanie

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

MIKROSTRUKTURA ODLEWNICZEGO STOPU MAGNEZU GA8

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY STOPÓW Al-Si

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

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

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

TRANSPORT REAGENTÓW PRZEZ ZWARTĄ WARSTWĘ ZGORZELINY

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

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

ZMIANY MIKROSTRUKTURY I WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW W STALIWIE Cr-Ni PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

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

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

BADANIA WTRĄCEŃ TLENKOWYCH W BRĄZIE KRZEMOWYM CUSI3ZN3MNFE METODĄ MIKROANALIZY RENTGENOWSKIEJ

43 edycja SIM Paulina Koszla

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

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

ANALIZA ODDZIAŁYWANIA MIKRODODATKÓW Cr 2 O 3, Pb 3O 4, NaNO 3, Bi I ZrC NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI STOPU AK7

Stopy żelaza Iron alloys

WYSOKOTEMPERATUROWE SIARKOWANIE STALI TYPU Fe-Cr-Al: AKTUALNY STAN I PERSPEKTYWY BADAŃ

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

WSKAŹNIK JAKOŚCI ODLEWÓW ZE STOPU Al-Si

I. Substancje i ich przemiany

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

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

WYSOKOWYTRZYMAŁ Y SILUMIN CYNKOWO-MIEDZIOWY

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

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

MODYFIKACJA STOPU AK64

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

Transkrypt:

DOROTA ŁATKA ZACHOWANIE SIĘ STOPÓW NiAl W WARUNKACH WYSOKOTEMPERATUROWEGO UTLENIANIA HIGH TEMPERATURE OXIDATION OF NiAl ALLOYS Streszczenie Abstract W niniejszym artykule przedstawiono dotychczasowy stan wiedzy na temat utleniania stopów NiAl w atmosferze powietrza. Dodatek glinu powoduje, że w trakcie wysokotemperaturowego utleniania na ich powierzchni mogą się tworzyć tlenki glinu γ-, δ-, θ-, które ulegają transformacjom fazowym. Spośród wszystkich odmian fazowych jedynie odmiana α-al 2 O 3 posiada najlepsze właściwości ochronne. Słowa kluczowe: utlenienie, stopy NiAl, tlenki Al 2 O 3, transformacja fazowa In this article the state of art in oxidation alloys of NiAl in air. At high temperature oxidation on their surface can be formed scale γ-, δ-, θ-al 2 O 3. These phases can be transformed. Phase α-al 2 O 3 has excellent hot corrosion resistance. Keywords: oxidation, NiAl alloys, aluminas, phase transformation Mgr inż. Dorota Łatka, Instytut Chemii i Technologii Nieorganicznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska.

88 1. Wstęp Stopy NiAl należą do najbardziej obiecujących materiałów przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach. Mają dobre właściwości mechaniczne, wysoką temperaturę topnienia oraz dobrą żaroodporność [1, 2]. Dobre właściwości ochronne przed korozją wysokotemperaturową stopów NiAl wynikają stąd, że podczas ekspozycji w wysokiej temperaturze w atmosferze powietrza i tlenu na ich powierzchni tworzy się cienka warstwa tlenku Al 2 O 3. 2. Utlenianie niklu Nikiel to jeden z głównych składników stopów żaroodpornych i żarowytrzymałych. Kinetyka i mechanizm utleniania niklu stanowią przedmiot licznych badań ze względu na tworzenie się na powierzchni tlenku tego metalu, NiO, który z uwagi na swoje właściwości transportowe jest traktowany jako modelowy półprzewodnik. Pomimo ogromnej liczby prac poświęconych tej tematyce w literaturze wciąż nie ma pełnej zgodności w odniesieniu zarówno do mechanizmu wysokotemperaturowej korozji niklu, jak i struktury defektów tlenku niklu. Niektórzy autorzy przyjmują, że w procesie narastania zgorzeliny tlenkowej na niklu w temperaturach niższych niż 1000 C, oprócz odrdzeniowej dyfuzji sieciowej kationów bierze udział dordzeniowa dyfuzja tlenu po granicach ziaren [3]. W wyższych temperaturach przyjmuje się, że decydującą rolę odgrywa odrdzeniowa dyfuzja metalu, natomiast nie ma zgodności co do stopnia jonizacji defektów [4, 5]. Utlenianie niklu w temperaturze powyżej 400 C można opisać kinetycznym prawem parabolicznym, natomiast w niższych temperaturach proces ten zachodzi według zależności kubicznej lub logarytmicznej. T [ C] [% mas.] Ryc. 1. Diagram fazowy układu Ni O Fig. 1. Ni O phase diagram

Zgorzelina tlenkowa tworząca się na niklu w atmosferze powietrza w temperaturze powyżej 400 C zbudowana jest wyłącznie z fazy NiO (ryc. 1). Tlenek niklu jest półprzewodnikiem typu p wykazującym niedobór metalu, zatem wzrost jego odbywa się w wyniku odrdzeniowej dyfuzji jonów Ni. 89 3. Wpływ dodatków stopowych na właściwości żaroodporne niklu Z przeprowadzonych badań kinetyki i mechanizmu utleniania niklu wynika, że obecność nieznacznych nawet zanieczyszczeń, rzędu 0,1%, wpływa w zasadniczy sposób na szybkość i mechanizm utleniania tego metalu. Wiele dodatków stopowych powoduje wzrost szybkości utleniania niklu, jednak wielkość tego przyspieszenia jest indywidualną funkcją danego dodatku stopowego [4, 6]. Z ryciny 2 wynika, że dodatek glinu, krzemu i berylu powoduje największe zmniejszenie szybkości korozji tlenowej niklu. Jak już wcześniej wspomniano, jedynym trwałym tlenkiem powstającym w temperaturze powyżej 400 C jest Ni 1 x O, który jest półprzewodnikiem typu p [7]. Zatem wbudowanie do sieci NiO kationów o wartościowości większej od wartościowości jonów niklu powoduje wzrost stężenia wakancji w podsieci kationowej, a więc zwiększa się szybkość utleniania. Obecność metali jednowartościowych wpływa na polepszenie właściwości ochronnych zgorzeliny, np. dodatek litu wpływa hamująco na utlenianie niklu, natomiast obecność takich metali, jak chrom, mangan powoduje zwiększenie szybkości korozji niklu. Każdy dodatek stopowy ma pewną wartość graniczną stężenia, przy któ- rej w określonych warunkach reakcji tworzy się nasycony roztwór stały MeO NiO i wówczas zgorzelina jest dwu- lub wielofazowa. Najczęściej jednak występuje zgorzelina dwuwarstwowa, która składa się z warstwy zewnętrznej zbudowanej z fazy NiO oraz warstwy wewnętrznej będącej mieszaniną obu składników stopowych MeO + NiO. Jeżeli dodatek stopowy wykazuje większe powinowactwo z tlenem niż nikiel, wówczas na powierzchni stopu może się tworzyć ochronna, jednofazowa warstwa zgorzeliny zbudowana tylko z tlenku dodatku stopowego. Dodatkami takimi mogą być glin, chrom oraz krzem [3]. Wykazano, że dodatek Al wywiera decydujący wpływ na poprawę właściwości żaroodpornych stopów. Houngninou et al. [9] nakładali warstwę glinu na stopy niklu metodą pack-aluminisation. Następnie poddano ją wygrzewaniu w temp. 900 i 1000 C. Na podstawie badań mikrostruktury stwierdzono, że na powierzchni stopu tworzy się warstwa o składzie 45% at. Ni i 55% at. Al. Z diagramu fazowego wynika, że przy tym składzie procenkp 10 8 320 280 240 200 160 120 Cr Mn Ta Mo Cu 80 Al 40 Be Si 0 2 4 6 8 10 % at. Dodatek stopowy Ryc. 2. Wpływ dodatków stopowych na szybkość utleniania niklu w temp. 900 C [5] Fig. 2. Influence alloy supplements for speed of nickel oxidation at 900 C

90 towym mogłyby się wytworzyć fazy NiAl i Ni 2 Al 3. To pozwala wysunąć wniosek, że dordzeniowa i odrdzeniowa dyfuzja składników stopowych zachodzi jednocześnie. Jednak w tym przypadku na podstawie analizy rentgenograficznej wykazano, że powłoka jest zbudowana głównie z fazy Ni 2 Al 3 bogatej w glin. To znaczy, że dyfuzja Al i Ni nie jest wystarczająca do powstania równowagowej fazy NiAl. % mas. L 1638 C 1466 C Temperatura [ C] 660,452 639,9 C 854 C 1133 C AlNi 700 C 1846 1366 (Ni) (Al) Al 3Ni 5 AlNi 5 % at. Ryc. 3. Diagram fazowy układu Al Ni [8] Fig. 3. Aluminium Nickel phase diagrams Na rycinie 4 przedstawiono rozkład pierwiastków Al i Ni po procesie pack-aluminisation [9]: 1) warstwa intermetaliczna, 2) strefa dyfuzji wzajemnej, 3) podłoże (substrat). % at. Al3Ni Al3Ni2 Odległość [μm] Ryc. 4. Profil EDX rozkładu pierwiastków Al i Ni po procesie pack-aluminisation [9] Fig. 4. EDX concentration profiles of Al and Ni after pack-aluminisation

Glin w stopach niklu odgrywa bardzo ważną rolę, ponieważ podczas procesu utleniania w wysokich temperaturach dochodzi do wytworzenia ochronnej warstwy Al 2 O 3. Obecność tej warstwy limituje dyfuzję tlenu oraz innych dodatków stopowych, a tym samym zapobiega procesowi utleniania. 91 4. Utlenianie stopów NiAl Prowadzone przez autorów: Franchy et al., Yang et al. [10, 11] badania utleniania stopu NiAl w temp. 27 227 C i badania faz Al 2 O 3 z użyciem HREELS (spektroskopia), AES (badanie struktury elektronowej) i LEED (dyfrakcja elektronów) wykazały, że reakcja tlenu z NiAl prowadzi do wytworzenia na powierzchni cienkiej warstwy tlenku Al 2 O 3 o sześciokątnej symetrii. Na powierzchni stopu NiAl eksponowanego w zakresie temp. 627 727 C tworzy się cienka warstwa γ-al 2 O 3. Spektrometryczne widmo widzialne odpowiadające tej fazie znajduje się w przedziale 53,79 110 mev. Podczas utleniania stopów NiAl w temp. 827 927 C zaobserwowano, że tlenek glinu transformuje się do fazy α-al 2 O 3, któremu odpowiada widmo widzialne z przedziału 78 113 mev. Wpływ temperatury na obecność danej fazy na powierzchni stopu NiAl w trakcie utleniania przedstawiono w tablicy 1. Występowanie poszczególnych odmian tlenku glinu w zależności od temperatury utleniania stopu NiAl Odmiany polimorficzne Al 2 O 3 Tablica 1 Temperatura utleniania stopu NiAl a (amorficzna) odmiana niskotemperaturowa do 27 C γ-, δ-, θ- odmiany przejściowe powyżej 27 C aż do 827 C α odmiana wysokotemperaturowa powyżej 827 C Badania utleniania stopu NiAl w temp. 697, 797 i 827 C pod ciśnieniem parcjalnym tlenu w zakresie 6,6 10 5 6,6 10 6 Pa wykazały, że najbardziej wykształconą strukturę tlenku glinu otrzymano w temp. 797 C pod ciśnieniem tlenu 6,6 10 6 Pa. Autorzy Yoshitake et al. [2] stwierdzili, że ciśnienie tlenu oraz temperatura utleniania są najważniejszymi parametrami decydującymi o stopniu krystalizacji warstwy tlenku glinu na powierzchni NiAl. Yang, Schumann, Levin i Ruhle [11] wykonali badania utleniania NiAl w powietrzu w temp. 950 C w czasie 50 h, aż do wytworzenia na powierzchni stopu przejściowej fazy tlenku glinu. Badania morfologii tlenku przeprowadzono za pomocą SEM, TEM i HREELS. W wyniku obserwacji stwierdzono, że na ich powierzchni wytworzyła się faza γ-al 2 O 3, natomiast pod nią, na granicy tlenek/metal zidentyfikowano ziarna α-al 2 O 3. Autorzy Yang et al. [12] przeprowadzili badanie utleniania stopów NiAl, NiAlY i β-nial w powietrzu w czasie 5 i 30 h w temp. 1000 C. Zaobserwowano, że po 5 h utleniania faza θ-al 2 O 3 występuje tylko na powierzchni stopów NiAl. Na powierzchni β-nial tworzy się warstwa α-al 2 O 3 z niewielką ilością θ-al 2 O 3. Po 30 h utleniania stopu β-nial identyfikowano tylko warstwę α-al 2 O 3, natomiast na stopach NiAl i NiAlY obserwowano

92 znaczny przyrost fazy θ-al 2 O 3. Powierzchnię poszczególnych stopów po 5 i 30 h utleniania w 1000 C przedstawiono na ryc. 5. a) Stop NiAl Stop NiAlY Stop β-nial 5 μm 5 μm 5 μm b) 5 μm 5 μm 5 μm Ryc. 5. Morfologia powierzchni stopów: NiAl, NiAlY, β-nial po utlenianiu w powietrzu w temp. 1000 C w ciągu: a) 5 h, b) 30 h [12] Fig. 5. Morphology of alloys surface: NiAl, NiAlY, β-nial after air oxidation at 1000 C, a) 5 h, b) 30 h Badanie przyrostu masy próbek stopów w procesie utleniania pozwala na wyznaczenie stałych szybkości reakcji. Autorzy [12] wyznaczyli paraboliczne stałe szybkości reakcji dla stopów NiAl, NiAlY i β-nial (tabl. 2). Największy przyrost masy, ok. 0,6 mg/cm 2, osiągają stopy β-nial, natomiast najmniejszy, ok. 0,2 mg/cm 2, stopy NiAl. Kinetykę utleniania poszczególnych stopów przedstawiono na ryc. 6. Z charakteru przebiegu krzywych kinetycznych wynika, że w przybliżeniu można je opisać prawem parabolicznym. Tablica 2 Zestawienie parabolicznych stałych szybkości utleniania dla poszczególnych stopów Rodzaj stopu K p1 [g 2 cm 4 s 1 ] K p2 [g 2 cm 4 s 1 ] NiAl 4,1 10 12 2,8 10 12 NiAlY 6,0 10 12 5,8 10 12 β-nial 3,7 10 12 1,4 10 12

a) b) 93 Przyrost masy [mg/cm 2 ] β-nial NiAlY NiAl Przyrost masy [mg/cm 2 ] β-nial NiAlY NiAl Czas [min] Czas [min] Ryc. 6. Kinetyka utleniania stopów NiAl w warunkach izotermicznego utleniania w temp. 1000 C [12] Fig. 6. Kinetics of NiAl alloys oxidized izothermally in air at temp. 1000 C 5. Morfologia zgorzelin Al 2 O 3 Z danych zawartych w tabl. 3 wynika, że w niskiej temperaturze oraz w początkowych etapach utleniania stopów NiAl na powierzchni zgorzeliny obserwowane są odmiany γ-, θ-al 2 O 3, które wykazują budowę blaszkowatą. Zgorzelina α-al 2 O 3 powstająca w wysokich temperaturach oraz po długich okresach utleniania zbudowana jest z małych, regularnych ziaren. Zgorzelina zbudowana z metastabilnych tlenków transformuje się w miarę upływu czasu do fazy α-al 2 O 3. Lp. Zależność morfologii zgorzelin Al 2 O 3 otrzymanych na stopach NiAl w trakcie wysokotemperaturowego utleniania od temperatury Stopy na bazie niklu Temperatura [ C] Czas utleniania [h] Identyfikowana faza Tablica 3 Literatura 1 β-nial 800 10 NiAl 2 O 4 δ-al 2 O 3 θ-al 2 O 3 [16] α-al 5 2 O 3 θ-al 2 O 1000 3 30 α-al 2 O 3 1100 0,1 θ-al 2 O 3 [16] 50 θ-al 2 O 3 γ-al 2 O 3 +Y θ-al 100 2 O 3 +Y 2 β-nialy 950 α-al 2 O 3 [15, 18] θ-al 2 O 3 200 γ-al 2 O 3 +Y α-al 2 O 3

94 Lp. Stopy na bazie niklu Temperatura [ C] 3 Ni-32Al-0,5B 1100 Czas utleniania Identyfikowana [h] faza 2 θ-al 2 O 3 20 α-al 2 O 3 60 α-al 2 O 3 cd. tabl. 3 Literatura 4 Ni-10Cr-5Al-0,5Y 1000 50 α-al 2 O 3 [13] [17] 5 NiAl 950 50 γ-al 2 O 3 α-al 2 O 3 [14] 5 θ-al 2 O 3 1000 30 θ-al 2 O 3 [12] 1100 10 θ-al 2 O 3 α-al 2 O 3 [20] 5 θ-al 2 O 3 6 NiAlY 1000 30 θ-al 2 O 3 [12] 6. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonej analizy literaturowej stwierdzono, że na poprawę wytrzymałości stopów niklu w warunkach wysokotemperaturowego utleniania wpływa dodatek glinu. Stopy NiAl w zakresie wysokich temperatur utleniają się w przybliżeniu zgodnie z prawem parabolicznym. Na powierzchni tej grupy stopów w trakcie utleniania tworzy się warstwa zgorzeliny zbudowanej z tlenku glinu, która w zależności od temperatury przyjmuje różne formy krystaliczne. W zakresie temp. 27 827 C występuje mieszanina faz γ-, δ-, θ-al 2 O 3, natomiast powyżej temp. 827 C jedyną identyfikowaną fazą jest α-al 2 O 3. Literatura [1] A b e O., Y o s h i t a k a O., Solid State Ionics, 172, 2004, 553-556. [2] Y o s h i t a k e M., L a y T., S o n g W., Surface Science, 564, 2004, 211-217. [3] C z e r w i ń ski F., Wpływ dodatku pierwiastka o wysokim powinowactwie do tlenu, mikrostruktury i tekstury na wysokotemperaturowe utlenienie niklu, rozprawa habilitacyjna, Wydawnictwo AGH, Kraków 2000. [4] M r o w i e c S., W e r b e r T., Korozja gazowa metali, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1975. [5] C z e r w i ń s k i F., S z p o n a r J.A., Corrosion Science, Vol. 41, No. 4, 1999, 729-740. [6] M r o w i e c S., W e r b e r T., Nowoczesne materiały żaroodporne, WNT, Warszawa 1982. [7] G r z e s i k Z., M r o w i e c S., Inżynieria Materiałowa, 2, 2006, 41-44. [8] C a h n R.W., H a a s e n P., K r a m e r E.J., Corrosion and environmental degradation of materials, Mater. Sci. Technol., 19, 2000.

[9] Houngninou C., Chevalier S., Larpin J.P., Applied Surface Science, 236, 2004, 256-269. [10] F r a n c h y R., M a s u c h J., G a s s m a n n P., Surface Science, 93, 1996, 317-327. [11] Y a n g J.C., S c h u m a n n E., L e v i n I., R u h l e M., Acta Mater., Vol. 46, No. 6, 1998, 2195-2201. [12] Y a n g S.L., W a n g F.H., N i u Y., W u W.T., Isothermal Oxidation of β-nial Alloys and Sputtered Coating at 1000 C in Air, Materials Science Forum, Vol. 369-372, 2001, 361-368. [13] B o b e t h M., B i s c h o f f E., S c h u m a n n E., R o c k s t r o h M., R u h l e M., Corrosion Science, Vol. 31, No. 4, 1995, 657-610. [14] G r a h a m M.J., H u s s e y P.J., Corrosion Science, 44, 2002, 319-330. [15] Schumann E., The Effect of Y-Ion Implantation on the Oxidation of β-nial, Plenum Publishing Corporation, 1995. [16] D o y c h a k J., S m i a l e k J.L., M i t c h e l T.E., Metallurgical Transaction A, Vol. 20A, 1989, 499-505. [17] L e e S.Y., L e e J.S., K i m K.B., K i m G.S., L e e B.Y., M o o n H.S., E u n H.B., L e e J.H., L e e S.Y., Intermetallics, 11, 2003, 743-748. [18] P i n t B.A., M a r t i n J.R., H o b b s L.W., Solid State Ionics, 78, 1995, 99-107. [19] G a s s m a n n P., F r a n c h y R., I b a c h H., Surface Science, 319, 1994, 95. [20] R i v o a l a n d L., M a u r i c e V., J o s s o P., B a c o s P., M a r c u s P., Oxidation of Metals, Vol. 60, 1/2, 2003. 95