Study of the mechanisms of initial oxidation and of the interaction with reactive elements in the halogen effect for Ni-base alloys

镍基合金卤素效应中初始氧化机理及与活性元素相互作用的研究

基本信息

项目摘要

Ni-base superalloys with a relatively low amount of Al (2-5 wt.%) are often used in high temperature technology, e. g. turbine blades in stationary gas turbines and aircraft engines. Due to their low Al-amount these alloys are unable to form a protective alumina scale by themselves. Therefore Al-rich coatings are applied to obtain a protective alumina scale. By using the halogen effect a dense protective alumina scale can be achieved even from the alloy itself. Fluorine is used because of giving the best results. The adherent alumina scale shows a good oxidation protection under isothermal conditions and for long oxidation times. However during cyclic oxidation the protective alumina scale partly spalls, probably due to a mismatch in CTE of the alloy and the top scale. The Reactive Element (RE) effect reduces the oxide growth rate, changes the structure of the top scale and increases the adherence of the oxide scale. Whereas in the present project phase the influence of the halogen effect has been studied, the proposed renewal phase will focus on the mechanism by combining both effects, i. e. halogen effect and Reactive Element effect. The investigations will include short and long oxidation times. Starting with isothermal oxidations to understand the behaviour of the halogen and the reactive elements the emphasis will concern with oxidation under cyclic oxidation conditions. A Ni-based model alloy and 1st and 2nd generation Ni-based superalloys are chosen for the studies. Three methods of RE-addition are compared: The reactive elements Y and Hf are doped on the surface via ion implantation and magnetron sputtering, whereas a volume addition is performed by melting. As result an optimized data base for the combined halogen and RE-effect will be obtained to improve the adherence of the formed protective alumina scale.
具有相对低量的Al(2-5 wt.%)的Ni基超级合金通常用于高温技术,例如。G.固定式燃气轮机和飞机发动机中的涡轮机叶片。由于它们的低Al量,这些合金本身不能形成保护性氧化铝氧化皮。因此,应用富铝涂层以获得保护性氧化铝氧化皮。通过使用卤素效应,甚至可以从合金本身获得致密的保护性氧化铝氧化皮。使用氟是因为它能产生最好的效果。粘附的氧化铝膜在等温条件下和长氧化时间下显示出良好的氧化保护。然而,在循环氧化过程中,保护性氧化铝氧化皮部分剥落,可能是由于合金和顶部氧化皮的CTE不匹配。反应元素(RE)效应降低了氧化物生长速率,改变了氧化皮的结构,增加了氧化皮的粘附性。在本项目阶段,已经研究了卤素效应的影响,而拟议的更新阶段将侧重于结合两种效应的机制,即:e.卤素效应和活性元素效应。研究将包括短氧化时间和长氧化时间。从等温氧化开始,了解卤素和活性元素的行为,重点关注循环氧化条件下的氧化。选择了一种镍基模型合金和第一代和第二代镍基高温合金进行研究。比较了三种稀土添加方法:通过离子注入和磁控溅射在表面上掺杂反应性元素Y和Hf,而通过熔融进行体积添加。因此,将获得用于组合卤素和RE效应的优化数据库,以改善所形成的保护性氧化铝氧化皮的粘附性。

项目成果

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Promotion of the Al2O3-Scale Formation on Ni–Cr–Al Alloys via the Fluorine Effect
通过氟效应促进 NiâCrâAl 合金上 Al2O3 氧化皮的形成
  • DOI:
    10.1007/s11085-014-9524-1
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    H.-E. Zschau;W. Zhao;S. Neve;B. Gleeson;M. Schütze
  • 通讯作者:
    M. Schütze
Surface chemistry evolution of F‐doped Ni‐base superalloy upon heat treatment
Fâ掺杂镍基高温合金热处理后的表面化学演化
  • DOI:
    10.1002/maco.201609024
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zschau;Schütze;Galetz;Gleeson;Lorenz;Grundmann
  • 通讯作者:
    Grundmann
Implantation of Y- and Hf-ions into a F-doped Ni-base superalloy improving the oxidation resistance at high temperatures
将 Y 和 Hf 离子注入掺氟镍基高温合金中提高高温抗氧化性
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