تأثیر پلاتین بر رفتار خوردگی داغ نوع II پوشش‌های سیلیسیم-آلومیناید حاوی سیلیسیم زیر حد بحرانی

محورهای موضوعی : خوردگی و حفاظت مواد

سیدامیر آذرمهر ¹ , کوروش شیروانی جوزدانی ²

1 - سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران
2 - سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران

تاریخ دریافت : 1397/05/17 تاریخ پذیرش : 1398/05/15 تاریخ انتشار : 1398/08/01

کلید واژه: پلاتین, پوشش های سیلیسیم-آلومیناید, خوردگی داغ نوع II, انحلال اسیدی, سوپرآلیاژ GTD-111,

چکیده مقاله :

در این مقاله اثر اضافه شدن مقدار کم پلاتین به پوشش های سیلیسیم-آلومیناید دوغابی حاوی سیلیسیم کمتر از مقدار لازم برای ایجاد حفاظت کامل در این پوشش ها بررسی شده است. ضمن بررسی ریزساختار پوشش های حاصل، نقش پلاتین بر رفتار خوردگی داغ نوع II پوشش ها نیز مورد بحث قرار گرفته است. برای ایجاد پوشش های سیلیسیم و (پلاتین، سیلیسیم)-آلومیناید از روش سیلیکوآلومینایزنیگ دوغابی بر روی نمونه های از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل GTD-111 که قبلاً بر روی برخی از آنها لایه‌ای پلاتین با ضخامت 2 میکرومتر آبکاری شده بود، استفاده شد. مقدار سیلیسیم در دوغاب معادل 10 درصد وزنی نسبت به کل جامد دوغاب انتخاب شد تا مقدار سیلیسیم در پوشش حاصل کمتر از مقدار بحرانی لازم برای حفاظت کامل باشد. آزمون خوردگی داغ نوع II به روش کوره ای با استفاده رسوب نمکی با ترکیب Na2SO4-60mol%V2O5 در دمای 700 درجه سانتیگراد انجام شد. پس از 20 ساعت خوردگی داغ، اکسید محافظ Al2O3 و اکسید غیرمحافظ NiAl2O4 به ترتیب در پوشش های سیلیسیم-آلومیناید با و بدون پلاتین شناسایی شد. در عدم حضور پلاتین، فاز Ni3V2O8 نیز تشخیص داده شد که محصول انحلال NiO و NiAl2O4 در شرایط خوردگی داغ می باشد. در پایان 80 ساعت خوردگی داغ، برخلاف پوشش سیلسیم-آلومیناید، هنوز سیلیسیم در ساختار پوشش (پلاتین، سیلیسیم)-آلومیناید باقیمانده وجود داشت.

چکیده انگلیسی:

In this paper, the effect of adding a low amount of platinum to slurry Si-modified aluminide coatings containing silicon less than the amount required to provide complete protection in these coatings is investigated. In addition to the coatings characterization, the role of platinum on the type II hot corrosion behavior of coatings has been discussed. To create silicon and silicon-platinum aluminide coatings, a slurry silicoaluminzing method was applied to samples of Ni-base superalloy GTD-111 specimens, which was previously Pt-electroplated on some of them with a thickness of 2 μm. The amount of silicon in the slurry was 10% by weight relative to total solid of the slurry, so that the amount of silicon in the coating is less than the critical amount required for complete protection. The type II hot corrosion test was carried out using a furnace method with Na2SO4-60mol% V2O5 at 700 °C. After 20 hours of hot corrosion, Al2O3 protective oxide and non-protective oxide NiAl2O4 were detected in silicon-platinum- and silicon-aluminide coatings, respectively. In the absence of platinum, the Ni3V2O8 phase was also found to be a product of NiO and NiAl2O4 dissolution in type-II hot corrosion condition. At the end of the 80-hour hot corrosion, unlike the silicon-aluminide coating, silicon remained in the silicon-platinum-aluminide coating structure.

منابع و مأخذ:

 

[1]     C. Sims, “The superalloysˮ, Edited by CT Sims and WC Hagel, John Wiley Pub., New York, 1972.

 

[2]     J. Göbel & F. Pettit, “Na₂SO₄-induced accelerated oxidation (hot corrosion) of nickel”, Met. and Mat. Trans. B, Vol. 1, pp. 1943-1954, 1970.

 

[3]     K. Luthra & D. Shores, “Mechanism of Na₂SO₄Induced Corrosion at 600^°–900^°C”, J. of the Elec. Soc., Vol. 127, pp. 2202-2210, 1980.

 

[4]     J. Göbel, F. Pettit & G. Goward, “Mechanisms for the hot corrosion of nickel-base alloys”, Met. and Mat. Trans. B, Vol. 4, pp. 261-278, 1973.

 

[5]     R. A. Rapp & K. Goto, “The hot corrosion of metals by molten salts, Proceedings of the Second International Symposium on Molten Salts”, Physical Electrochemistry Division, Electrochemical Society, pp. 159, 1981.

 

[6]     R. A. Rapp, “Chemistry and electrochemistry of hot corrosion of metals”, Mat. Sci. and Eng., Vol. 87, pp. 319-327, 1987.

 

[7]     R. A. Rapp & Y. S. Zhang, “Hot corrosion of materials: fundamental studies”, JOM, Met. and Mat. Soc., Vol. 46, pp. 47-55, 1994.

 

[8]     R. A. Rapp, “Hot corrosion of materials: a fluxing mechanism?”, Corr. Sci., Vol. 44, pp. 209-221, 2002.

 

[9]     M. Moliere & J. Sire, “Heavy duty gas turbines experience with ash-forming fuels”, J. de Phys. IV Coll., pp. 719-730, 1993.

 

[10] N. Birks, G. H. Meier & F. S. Pettit, “Introduction to the high temperature oxidation of metals”, Cambridge University Press, 2006.

 

[11] Y. Zhang & R. Rapp, “Solubilities of CeO₂, HfO₂ and Y₂O₃ in fused Na₂SO₄-30 mol% NaVO₃ and CeO₂ in pureNa₂SO₄ at 900^°C”, Corrosion, Vol. 43, pp. 348-352, 1987.

 

[12] Y. Hwang & R. Rapp, “Thermochemistry and solubilities of oxides in sodium sulfate-vanadate solutions”, Corrosion, Vol. 45, pp. 933-937, 1989.

 

[13] R. Streiff & D. Boone, “Corrosion resistant modified aluminide coatings”, J. of Mat. Eng., Vol. 10, pp. 15-26, 1988.

 

[14] G. Meier & F. Pettit, “High-temperature corrosion of alumina-forming coatings for superalloys”, Sur. and Coat. Tech., Vol. 39, pp. 1-17, 1989.

 

[15] G. Tatlock & T. Hurd, “Platinum and the hot corrosion behaviour of a nickel based superalloy”, Materials and Corrosion, Vol. 41, pp. 710-715,1990.

 

[16] M. N. Task, B. Gleeson, F. S. Pettit & G. H. Meier, “Compositional factors affecting protective alumina formation under type II hot corrosion conditions”, Oxid. of Met., Vol. 80, pp. 541-552, 2013.

 

[17] K. Shirvani & A. Rashidghamat, “Evolution of oxide scale on aluminide and Pt-aluminide coatings exposed to type I (870^°C) hot corrosion”, Oxid. of Met., Vol. 85, pp. 75-85, 2016.

 

[18] H. Grünling & R. Bauer, “The role of silicon in corrosion-resistant high temperature coatings”, Thin Solid Films, Vol. 95, pp. 3-20, 1982.

 

[19] T. W. Kerr, “Hot corrosion and oxidation studies of pure nickel and Ni-Cr, Ni-Si and Ni-Cr-Si alloys at 1000^°C”, DTIC-ADA024708, 1975.

 

[20] B. G. Kim, G. M. Kim & C. J. Kim, “Oxidation behavior of TiAl-X (X= Cr, V, Si, Mo or Nb) intermetallics at elevated temperature”, Scr. Met. et Mat., Vol. 33, pp. 1117-1125, 1995.

 

[21] B. Li, B. Gleeson, “Effects of silicon on the oxidation behavior of Ni-base chromia-forming alloys”, Oxid. of Met., Vol. 65, pp. 101-122, 2006.

 

[22] K. Shirvani, M. Saremi, A. Nishikata & T. Tsuru, “The role of silicon on microstructure and high temperature performance of aluminide coating on superalloy In-738LC”, Mat. Trans., Vol. 43, pp. 2622-2628, 2002.

 

[23] D. Z. Shi & R. A. Rapp, “Solubility of SiO₂ in fused Na₂SO₄ at 900^°C”, J. Electrochem. Soc., Vol. 133, pp. 849-850, 1986.

 

[24] G. E. Creech & M. J. Barber, “Method of forming platinum-silicon-enriched diffused aluminide coating on a superalloy substrate, General Motors Coorporation”, US 5, Vol. 057, pp. 196, 1991.

 

[25] B. R. Rose & P. R. Lavery, “Platinum group silicide modified aluminide coating process and products”, Walbar Inc., US 5, Vol. 492, pp. 726, 1996.

 

[26] B. G. McMordie & T. A. Kircher, “Platinum enriched, silicon-modified corrosion resistant aluminide coating”, Sermatech International, Inc., US 5, Vol. 650, pp. 235, 1997.

 

[27] S. A. Azarmehr, K. Shirvani, M. Schütze & M. Galetz, “Microstructural evolution of silicon-platinum modified aluminide coatings on superalloy GTD-111”, Sur. and Coat. Tech., Vol. 321, pp. 455-463, 2017.

 

[28] K. Shirvani, M. Saremi & Y. Yamamoto, “The approaches to thin film preparation and TEM observations on slurry Si-modified aluminide coatings”, Mat. and Corr., Vol. 57, pp. 182-184, 2006.

 

[29] M. Galetz, X. Montero & H. Murakami, “Novel processing in inert atmosphere and in air to manufacture high‐activity slurry aluminide coatings modified by Pt and Pt/Ir”, Mat. and Corr., Vol. 63, pp. 921-928, 2012.

 

[30] H. M. Tawancy, N. Sridhar, N. M. Abbas & D. Rickerby, “Comparative thermal stability characteristics and isothermal oxidation behavior of an aluminized and a Pt-aluminized Ni-base superalloy”, Scr. Met. et mat., Vol. 33, pp. 1431-1438, 1995.

 

[31] B. M. Warnes, F. S. Pettit & G. H. Meier, “Hot-corrosion resistance of Ni–Cr–Al–Y and Ni–18% Si alloys in sulfate eutectic and sulfate plus vanadate melts at 973 K”, Oxid. of Met., Vol. 58, pp. 487-498, 2002.

 

[32] M. Seiersten & P. Kofstad, “Sodium vanadate-induced corrosion of nickel and MCrAIY coatings on Inconel 600”, Mat. Sci. and Tech., Vol. 3, pp. 576-583, 1987.

 

[33] M. Seiersten, H. J. Rätzer‐Scheibe & P. Kofstad, “Sodium vanadate induced corrosion of MCrAlY coatings–Burner rig studies”, Mat. and Corr., Vol. 38, pp. 532-540, 1987.

 

[34] E. M. Levin, C. R. Robbins, H. F. McMurdie & M. Reser, American Cer. Soc., Phase diagrams for ceramists, 1964.

 

[35] B. Gleeson, W. Wang, S. Hayashi & D. J. Sordelet, “Effects of platinum on the interdiffusion and oxidation behavior of Ni-Al-based alloys”, Mat. Sci. Forum, pp. 213-222, 2004.

 

[36] K. A. Marino & E. A. Carter, “The effect of platinum on diffusion kinetics in β‐NiAl: implications for thermal barrier coating lifetimes”, Chem. Phys. Chem., Vol. 10, pp. 226-235, 2009.

 

[37] K. A. Marino & E. A. Carter, “The effect of platinum on Al diffusion kinetics in β-NiAl: Implications for thermal barrier coating lifetime”, Acta Mat., Vol. 58, pp. 2726-2737, 2010.

 

[38] X. Montero & M. C. Galetz, “Coatings for boiler components exposed to vanadium-containing oil ash in oxidizing atmosphere”, Oxid. of Met., Vol. 87, pp. 717-727, 2017.