بخشی از مقاله
چکیده
رفتار پوشش هاي آلومیناید ساده و پلاتین آلومیناید اعمال شده بر روي سوپرآلیاژ پایه نیکل Rene-80 در شرایط آزمایش خوردگی داغ مورد مطالعه قرار گرفته است. براي تهیه پوشش پلاتین آلومیناید، ابتدا لایه اي از پلاتین به ضخامت 7 میکرون بر روي سطح نمونه ها به روش آبکاري الکتریکی اعمال گردید. سپس نمونه هاي با و فاقد لایه Pt تحت عملیات آلومینایزینگ نوع LTHA به روش سمانتاسیون پودري قرار داده شدند. آزمایش خوردگی داغ با استفاده از ترکیب نمک Na2SO4 – 30 %wt NaCl در دماي870°C به مدت 700 ساعت انجام شد. نتایج نشان داد که پوشش پلاتین آلومیناید بیش از دو برابر نسبت به پوشش آلومیناید ساده و حدود 8 برابر نسبت به نمونه فاقد پوشش پایدار است. بررسی ریز ساختار پوشش ها که به کمک میکروسکوپ الکترونی مجهز به آنالیز EDS انجام شد نشان داد که تشکیل مقدار کافی و البته با توزیع مناسب PtAl2 در بخش فوقانی پوشش، عامل اصلی بهبود رفتار خوردگی داغ پوشش آلومینایدي بوده است. همچنین پوسته هاي اکسیدي و محصولات خوردگی تشکیل شده روي پوشش پلاتین آلومیناید به مراتب از ضخامت کمتر و میزان حفرات کمتري برخوردار بودند.
کلمات کلیدي: سوپرآلیاژ Rene-80، پوشش پلاتین- آلومیناید، خوردگی داغ
-1 مقدمه
سوپرآلیاژهاي پایه نیکل به دلیل داشتن استحکام پایدار در دماهاي بالا، کاربرد گسترده اي در ساخت پره هاي توربین هاي گازي هوایی و زمینی دارند. لکن به دلیل شرایط تهاجمی حاد موجود در این توربین ها عموماً لازم می شود سطح پره ها با پوشش هاي محافظ دماي بالا در برابر خوردگی داغ و اکسیداسیون حفاظت گردد.[1] پوشش نفوذي آلومیناید اصلاح شده با پلاتین یکی از پرکاربردترین این گروه از پوشش ها به شمار می رود. این پوشش هاي پلاتین آلومیناید سالهاست که به صورت تجاري با اسامی RT22 و LDC-2 به عنوان یک تک لایه محافظ در صنعت توربین هاي گازي زمینی، و البته با قدمت کمتر در توربین هاي هوایی، مورد استفاده قرار می گیرد.[2] علاوه براین، در پوشش هاي پیشرفته ي EB-PVD TBC از پوشش هاي پلاتین آلومیناید بعنوان لایه پیوند استفاده می شود.
به دلیل دانسیته بالاي حفرات عمود بر سطح در پوشش EB-PVD TBC، اکسیژن و عوامل خورنده به سطح لایه پیوند دسترسی دارند. بنابراین، اکسیداسیون و خوردگی داغ پوشش پیوند آلومینایدي نقش تعیین کننده اي در تخریب سیستم پوششTBC دارد. این نقش در واقعیت شروع تخریب سیستم پوشش TBC از درون یا نزدیک پوسته اکسیدي تشکیل شده روي سطح پوشش پیوند، نهفته است.[3] این پوسته اکسیدي که به Thermally - TGO - Growth Oxide معروف است در هنگام قرارگیري قطعه در شرایط اکسیدکننده دماي بالا رشد می نماید.از اثرات مهم حضور پلاتین در پوشش هاي آلومینایدي افزایش چسبندگی پوسته آلومینایی است که بعنوانTGO در شرایط اکسیدکننده بر روي این پوشش ها تشکیل می گردد.[4]
این نقش عمدتاً در بررسی رفتار اکسیداسیون ایزوترم و سیکلی پوشش هاي پلاتین آلومیناید بررسی شده است[5] و کمتر رفتار خوردگی داغ پوشش پلاتین آلومیناید با پوشش آلومیناید ساده بر روي سوپرآلیاژها بویژه انواع هوایی آن بررسی شده است. با توجه به گسترش دامنه کاربرد پوششهاي پلاتین آلومیناید به توربین هاي هوایی لازم است جنبه هاي حفاظتی مختلف این پوشش بر سوپرآلیاژهاي هوایی مورد بررسی قرار گیرد. آلیاژ Rene-80 یکی از انواع سوپرآلیاژهاي ریختگی پایه نیکل گرید هوایی است که کاربرد گسترده اي در ساخت قطعات مسیر داغ توربین در موتورهاي جت دارد. در مطالعه حاضر ویژگی هاي تخریب پوشش هاي آلومیناید ساده و پلاتین آلومیناید اعمالی بر روي سوپرآلیاژ Rene-80 در شرایط خوردگی داغ دماي بالا - نوع - I بررسی شده است. جهت مقایسه، رفتار خوردگی داغ سوپرآلیاژ بدون پوشش هم در شرایط مشابه بررسی گردیده است.
-2 مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از نمونه هایی با ابعاد 20× 12×2 mm از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی Rene-80 با ترکیب شیمیایی اسمی ارائه شده در جدول 1 به عنوان زیر لایه استفاده شده است. جهت آماده سازي سطح نمونه و از بین بردن اکسیدهاي سطحی، نمونه ها به ترتیب با سنباده هاي شماره 100، 300، 500 و 1000سنباده زنی شدند. نمونه ها سپس در محلول استون-اتانول با نسبت حجمی یکسان به روش التراسونیک چربی زدایی شدند تا سطح آماده آبکاري شود. آبکاري پلاتین در الکترولیت حاوي نمک دي آمین دي نیترو پلاتینیم با فرمول مولکولی Pt - NH3 - 2 - NO2 - 2 معروف به نمک نوع P انجام شد. به منظور افزایش عمق نفوذ پلاتین، نمونه هاي آبکاري شده به مدت 1 ساعت در دماي 1085 ºC در خلاء 10 - 5 torrتحت علملیات حرارتی قرار گرفتند.[6]
جهت اعمال پوشش آلومیناید نفوذي از عملیات آلومینایزینگ نوع دماي پایین فعالیت بالا - LTHA - به روش سمانتاسیون پودري در دماي 750ºC استفاده شد. مخلوط پودر سمانتاسیون حاوي پودر اکسید آلومینیوم به عنوان پر کننده، پودر آلومینیوم خالص و بروماید آمونیوم بود. در پایان، عملیات حرارتی نفوذي پوشش به مدت 1 ساعت در دماي 1070ºC تحت گاز آرگون انجام شد. آزمایش خوردگی داغ به روش کوره اي و در دماي 870ºC انجام گرفت. نمک مورد استفاده براي این آزمایش شامل Na2SO4 – 30 %wt NaClبود. جهت اعمال نمک، ابتدا نمونه ها توزین و سپس تا دماي 150 تا 200ºC پیشگرم شده و نمک به صورت اسپري روي سطح پاشیده شد تا به سطح داغ نمونه ها بچسبد. وزن نمک اعمالی در هر سیکل بین 3تا 5 میلی گرم کنترل می شد. نمونه ها سپس در قایقک سرامیکی و در مرکز منطقه حرارتی کوره به مدت
