مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون




 

چکیده:

در حال حاضر مطالعات اندکی بر روی بررسی اثرات پلاتین بر روی نفوذ آلومینیوم و در نتیجه ریزساختار
یا ، وجود دارد. چندین مطالعه‌ی انجام شده نشان داد که افزودن پلاتین به McrAlY رفتار اکسیداسیون و خوردگی این ماده را بهبود می‌دهد. با وجود این که اطلاعات اندکی در مورد ریزساختار یک چنین پوشش های اصلاح شده ای وجود دارد، پس در کار حاضر قصد داریم در مورد افزودن پلاتین به دو پوشش NiCoCrAlYTa تحقیق کنیم (این پوشش ها با فرایندهای مختلف تولید شده اند). با استفاده از روش های شناسایی مختلف مانند XRD، SEM، EDS و TEM تأثیر فرایند ساخت بر روی ریزساختار نهایی مورد بررسی قرار گرفت. داده های جمع آوری شده از XRD، SEM، EDS و TEM مشخص شد که نفوذ سربالایی آلومینویم در طی عملیات حرارتی و به دلیل وجود لایه‌ی پلاتین انجام می‌شود. نفوذ آلومینیوم از NiCoCrAlYTa بالک به سطح غنی از پلاتین به حدی بالاست که هیچ فاز بتایی در داخل هسته‌ی پوشش باقی نمی ماند. پلاتین ممکن است همچنین در TaC حل شود و رسوبات آن در پوشش های NiCoCrAlYTa اصلاح نشده، باقی می‌ماند. علاوه بر پلاتین، ریزساختار NiCoCrAlYTa پیش از رسوب دهی پلاتین و عملیات حرارتی (که وابسته به فرایند تولید است)، به طور زیادی بر روی ریزساختار نهایی اثر می‌گذارد.

مقدمه

سیستم های پوشش سد حرارتی( سیستم های TBCs) ساختار هایی چندلایه هستند. آنها از پوشش سرامیکی بالایی( تاپ کوت)، یک پوشش فلزی غنی از آلومینیوم( باند کوت)، و سوپرآلیاژ پایه نیکل تشکیل شده اند. تاپ کوت از زیرکونیای پایدار شده با ایتریا( YSZ) تشکیل شده است و می‌تواند با استفاده از روش های پلاسما اسپری اتمسفری( APS) یا رسوب دهی فیزیکی از حالت بخار با کمک باریکه‌ی الکترونی( EB-PVD) تولید گردد. ساختار ستونی بدست آمده از EB-PVD قابلیت تحمل تنش های وارده به سد حرارتی را افزایش می‌دهد. علاوه بر این رسانایی گرمایی پایین این ماده باعث می‌گردد تا دمای زیرلایه کاهش یابد. به دلیل اینکه YSZ به شدت اکسیژن را عبور می‌دهد، پوشش باند باید در برابر خوردگی مقاوم باشد. این ماده باید از ماده ای باشد که از آلومینیوم غنی است. و بدین وسیله بعد از واکنش با اکسیژن، لایه ای از اکسید آلومینیوم بر روی ماده تشکیل می‌شود که این لایه اکسید رشد یافته از طریق حرارت( TGO) نامیده می‌شود.
با ایجاد یک رسوب آلفا آلومینا پوشش باند از سیستم در برابر اکسیداسیون جلوگیری می‌کند و پیوندی مناسب میان سد حرارتی و سوپرآلیاژ ایجاد می‌کند. سه نوع تجاری از پوشش های باند وجود دارد: پوشش های آلومینایدی(به صورت خالص و یا مخلوط با Pt)، پوشش های غنی از پلاتین و پوشش های McrAlY( M=Ni and /or Co). دوتای اول پوشش های نفوذی نامیده می‌شوند زیرا با استفاده از نفوذ داخلی عمل می‌کنند. پوشش های McrAlY پوشش های اندود کاری شده زیرا از مواد رسوبی تولید شده است. علاوه بر این رفتار عالی تحت شرایط اکسیداسیون، ترکیب غنی از کروم درپوشش های McrAlYمقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد.
مطالعات زیادی نشان داده است که افزودن پلاتین، پیش از آلومینیزاسیون، دارای اثر بهبود دهندگی زیادی بر روی مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون پوشش های آلومینایدی دارد. با همین روش، پوشش های McrAlY نیز بوسیله‌ی پلاتین اصلاح می‌گردد. به هر حال به دلیل اینکه پوشش های MCrAlY پوشش های اندودکاری شده هستند (نفوذی نیستند)، رسوب پلاتین بعد از تولید MCrAlY و به منظور بدست آوردن تمام منفعت هایی است که با افزودن پلاتین حاصل می‌شود. چندین مطالعه وجو دارد که در آنها مسئله‌ی افزایش مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون با استفاده از پوشش های McrAlY اصلاح شده با پلاتین، بیان گردیده است. یک مورد از اصلاح سطحی پوشش NiCoCrAlYTa با استفاده از Al و Pt، با استفاده از فرایند زینترینگ جرقه‌ی پلاسمایی (SPS) انجام شده است. این پوشش مقاومت به خوردگی بالایی دارد و توانسته تا 500 ساعت تست اکسیداسیون ایزوترمال را در دمای 1100 درجه پشت سر بگذارد و تنها اندکی پوسته ای شدن در آن رخ داده است. این مسئله به دلیل تشکیل یک لایه‌ی پیوسته از آلفا آلومینا با برخی میخ های مستحکم (تولید شده از اکسیدهای دارای ایتریا)، بوجود می‌آید.
این مسئله نشان داده شده است که رسوب پلاتین و نفوذ در سطح سوپرآلیاژ، پیش از آلومینایزینگ، باعث می‌شود تا نفوذ و مشارکت آلومینوم افزایش یابد. Gleeson و همکارانش نشان دادند که یک پوشش غنی از Pt منجر می‌شود تا یک نفوذ سربالایی از هسته‌ی آلیاژ به سمت سطح غنی از Pt رخ دهد. این مسئله بعدا با استفاده از اندازه گیری های ترمودینامیک انجام شده بوسیله‌ی Copland در فاز و در فاز β-NiAl ( با اثر کمتر) نشان داده شد. با اینحال کارهای اندکی بر روی اثر پلاتین بر روی ریزساختار انجام شده است. Lowrie و Boone یک پوشش CoNiCrAlY تولید شده با روش EB-PVD را مورد مطالعه قرار دادند که بوسیله‌ی یک لایه‌ی پلاتینی اصلاح گردیده بود( ضخامت این لایه 3.8 تا 7.6 میکرون بود).
بعد از عملیات حرارتی تحت خلا، بخش خارجی پوشش تقریبا هموژن می‌شود و ترکیب شیمیایی تقریبی آن عبارت از40Al-20Pt-30Co-10Cr(%). این فاز کیوبیک تشخیص داده شد. و دارای یک مقدار اندک آلفا کبالت است. Quadakkers و همکارانش برروی سیستم های TBC ای کارکردندکه از یک پوشش NiCoCrAlY با ضخامت 200 میکرون تشکیل شده بود. این پوشش با روش پلاسما اسپری تحت خلا و اصلاح بوسیله‌ی لایه‌ی پلاتینی آبکاری شده به ضخامت 8 میکرون اعمال شدند. بعد از رسوب دهی پوشش سد حرارتی با استفاده از روش EB-PVD، سطح زیرین عمدتا از NiAl غنی از پلاتین و همچنین فاز غنی از پلاتین تشکیل شده است.
کار کنونی در زمینه‌ی بررسی پوشش های NiCoCrAlYTaی اصلاح شده با پلاتین است و بوسیله‌ی آن آگاهی بهتری از اثر پلاتین بر روی ریزساختار NiCoCrAlYTa پیدا می‌کنید. برای کمک بیشتر، یک پوشش اصلاح نشده و دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با Pt، مورد بررسی قرار گرفت. یکی از پوشش های اصلاح شده با پلاتین با استفاده از فرایند تریبومت( Praxair ST) و اصلاح با استفاده از یک لایه‌ی پلاتینی، ساخته شد. نمونه‌ی دیگر با استفاده از روش VPS ساخته شد. در این روش از روش کند وپاش برای تولید لایه‌ی پلاتینی بهره گرفته شد. با مقایسه‌ی دو پوشش اصلاح شده با پلاتین، اثر فرایند ساخت بر روی ریزساختار بدست آمده بعد از نفوذ نیز مورد مطالعه قرار گرفت.

بخش عملی

مواد

سه پوشش باند بر روی سوپرآلیاژ AM3 پوشش داده شد (جدول 1 رابه منظور آگاهی از ترکیب شیمیایی آن مطالعه کنید). یکی پوشش NiCoCrAlYTa و دیگری دو تای دیگر پوشش های NiCoCrAlYTaی اصلاح شده با پلاتین بود که به همین منوال تولید شدند.
پوشش های NiCoCrAlYTa با ضخامتی برابر با 70 تا 80 میکرون با استفاده از تکنولوژی سطح Praxair بوجود آمدند. در طی فرایند، ذرات CrAlYTa در داخل لایه‌ی آبکاری شده (نیکل، کبالت) قرار می‌گیرند.
فرایند تریبومت (Praxair ST ) نیز برای تولید یک ضخامت 70 تا 80 میکرون از پوشش NiCoCrAlYTa مورد استفاده قرار می‌گیرد که سپس این پوشش با پلاتین پوشش دهی می‌گردد. ضخامت لایه‌ی پلاتین پوشش داده شده بر روی سطح NiCoCrAlYTa 7 میکرون بود که عدم قطعیت آن در حدود 2 میکرون است. این پوشش، پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین نامیده می‌شود.
پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین با استفاده از فرایند های مختلف ساخته می‌شود. پوشش NiCoCrAlYTa با استفاده از روش VPS و در آزمایشگاه LERMPS رسوب دهی می‌شود. این پوشش از جنس پودر AMDRY 997 (Ni-23Co-20Cr-8.5Al-4Ta-0.6Y) است. سپس سطح NiCoCrAlYTa به طور جزئی پولیش کاری شد( این کار با کاغذ سنباده‌ی سیلیسیم کاربیدی 1200 انجام شد تا بدین صورت زبری نتیجه شده از روش VPSکاهش می‌یابد). میکروسکوپ نوری و آنالیز تصویری به منظور مقایسه با ناحیه‌ی پولیش شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. پولیش کردن سپس متوقف می‌شود. اتمام پولیش کاری زمانی اتفاق می‌افتد که مقایسه‌ی سطح پولیش شده به سطح ماشین کاری شده نزدیک باشد. بعد از این پولیش کاری جزئی، پلاتین سپس با استفاده از روش کند وپاش در دانشگاه کرانفیلد انگلستان، پوشش کاری شد. ضخامت پوشش NiCoCrAlYTa و لایه‌ی پلاتینی همان مقادیری بود که با روش تریبومیت تولید شده است (یعنی 70-80 میکرون و 7 میکرون). به عبارت دیگر فرایند کندوپاش عدم قطعیت کمتری را در ضخامت لایه‌ی پلاتینی ایجاد می‌کند (1 میکرون). این پوشش در این مطالعه پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین- پلاسما نامیده مب شود.
علاوه بر این سه سیستم (پوشش باند+ سوپرآلیاژ Am3)، یک سیستم دیگر نیز آماده شد. این پوشش ترکیبی از پوشش NiCoCrAlYTa تریبومیتی اصلاح شده با پلاتین تشکیل شده که بر روی سوپرآلیاژ پایه‌ی نیکل MC-NG پوشش دهی شده اند.
صرفنظر از سوپرآلیاژ( AM3 or MC-NG)، عملیات حرارتی به مدت 6 ساعت در دمای 1080 درجه و تحت خلا انجام شد.
تمام جزئیات تولید پوشش در شکل 1 نشان داده شده است.
در مورد پوشش های تریبومیت، سوپرآلیاژ به صورت نمونه های مستطیلی به ابعاد 15 در 10 در 1 میلی متر تهیه گردید (با گوشه های مدور). برای پوشش دهی کل سطح، یک میله به یکی از گوشه های مستطیل جوشکاری شد. این میله ها از هاست الوی تنگستن و یا NiCoCrAlYTa تولید شده اند. این میله ها به نمونه ها جوش داده شدند و سپس با روشی مشابه با روش پوشش دهی آلیاژ، پوشش دهی شد. در عوض، نمونه های سوپرآلیاژ مورد استفاده برای پوشش دهی پلاسمایی به صورت دیسکی شکل با قطر 19.6 میلی متر تهیه گردید. تنها یک بخش این نمونه ها پوشش دهی شد.
قبل از انجام آنالیزهای لازمه، پوشش های باند بوسیله‌ی گریت سندبلاست شد تا بدین صورت، سطح مناسب مورد نیاز، قبل از اعمال پوشش سد حرارتی با روش EB-PVD آماده سازی شود.

شناسایی

مشاهدات انجام شده با میکروسکوپ الکترونی( الکترون ثانویه) بر روی سطح پوشش باند بعد از عملیات حرارتی و سطح مقطع پولیش خورده با استفاده از میکروسکوپ مدل LEO435VP انجام شد. این تصاویر در حالت الکترون ثانویه و یا حالت الکترون برگشتی بدست آمد. همچنین از EDS به منظور بدست آوردن نقشه‌ی عنصری استفاده شد. و مقادیر بر طبق استاندارد بدست آمد.
برخی مشاهدات بر روی سطح مقاطع باند کوت ها بعد از اچ کردن گاما نیکل با استفاده از محلول 0.5 درصد مس سولفات انجام شد.
الگوهای تفرق اشعه‌ی X از تتای 20 تا 120 درجه (دو تتا) انجام شد( این کار با استفاده از یک دستگاه Seifert 3000TT و یک آنتی کاتد مسی با طول موج 1.54056A انجام شد).
برای آماده سازی نمونه های TEM، سطح مقطعی از سوپرآلیاژ بعلاوه‌ی باند کوت مورد استفاده قرار گرفت( این آماده سازی با اره‌ی الماسه انجام شد). ذو قطعه‌ی نازک به یکدیگر چسب شدند. پوشش در برابر پوشش و سپس در داخل یک تیوب برنجی با قطر 3 میلی متربه همراه رزین اپوکسی، قرار گرفت. بعد از برش، تیوب به دو دیسک با ضخامت تقریبی 300 میکرون تقسیم شد که هر دو بخش بریده‌ی آن پولیش کاری گردید و پیش از آسیاب کاری یونی، با استفاده از سیستم پولیش کاری یونی دقیق، پولیش کاری گردید. این دیسک به طور دوره ای مورد بازبینی قرار گرفت تا اطمینان حاصل شود که سوراخ به طور تقریبی در عرض سطح مشترک بخش مورد علاقه، قرار دارد. مشاهدات TEM از فویل نازک با استفادهاز یک میکروسکوپ الکترونی Jeol JEM 2010 انجام شد که در ولتاژ 200 کیلو ولت کار می‌کرد. این دستگاه همچنین به سیستم EDSنیز مجهزبود. طیف EDS به طور نیمه کمی و با استفاده از فاکتورهای لومیر- کلیف مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج

باند کوت NiCoCrAlYTa

ریزساختار پوشش NiCoCrAlYTa ی تولید شده با استفاده از فرایند تریبومیت در شکل 2 آورده شده است. ضخامت یکنواخت، زیزساختار دارای فاز بتا NiAl با زمینه‌ی نیکل گاما (شکل 2a)، مقدار کمی فاز گاما پرایم Ni_3 Al در مرزدانه های γ-Ni/β-NiAl در این تصاویر آمده است که منطبق با کارهای گذشتگان است. هندسه‌ی فاز بتا NiAl از شکل ذرات CrAlYTa بستگی دارد (که بوسیله‌ی زمینه‌ی نیکل – کبالت و در طی فرایند تولید، . احاطه شده اند (شکل 2b). اکسیدها (معمولا غنی از Al و ایتریا) و کاربید تانتالیوم نیز در کل ضخامت پوشش پراکنده شده است (شکل 2a و b). در نزدیک سوپرآلیاژ، کاربیدهای تانتالیوم دارای تیتانیوم هستند. در نزدیکی سطح، غلظت تانتالیوم شامل تیتانیوم می‌شود. در نزدیکی سطح، غلظت تانتالیوم در داخل کاربیدها در محدوده‌ی تشخیص EDS است( یعنی بسیار پایین). علاوه بر این این کاربیدها دارای ایتریوم نیز هستند. در نهایت گاما نیکل نیز اچ می‌شود تا آشکار گردد که فاز در داخل نیکل گاما (به مقدار اندک) وجود دارد (شکل 2c).
وقتی یک پوشش اندود کاری شده، با استفاده از VPS رسوب دهی شود، این پوشش دارای ترکیب فازی
است و کاربیدهای تانتالیوم به طور یکنواخت در عمق پوشش توزیع شده اند.

اثر Pt بر روی ریزساختار NiCoCrAlYTa

اثرات Pt بر روی فازها

برای مطالعه‌ی نفوذ Pt از طریق NiCoCrAlYTa در طی عملیات حرارتی،نقشه‌ی حاصل از EDS بر روی سطح مقطع NiCoCrAlYTa و NiCoCrAlYTa اصلاح شده با Pt بدست آمد. از این داده ها ، پروفایل غلظتی بدست می‌آید. غلظت های Al و Y نیز ثابت است (شکل 3a). با افزودن پلاتین به این پوشش، پروفایل های غلظتی به مقادیر تجربی خودمی رسد. در حقیقت، سطح زیر پوشش از آلومینیوم خالی می‌شود در حالی که مغز آن تهی گشته است. این غلظت حتی کمتر از مقدار آن در سوپرآلیاژ AM3 است(شکل 3b و 4). بزخی تغییرات در غلظت های Al و Y می‌تواند برای پوشش های تریبومیت NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین، دیده شود (شکل 3c). غلظت Al در بخش خارجی پوشش حتی بالاتر از مقدار آن در بخش زیر سطح پوشش تریبومیت NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین است. غلظت Y در داخل بخش داخلی پوشش پلاسمایی NiCoCrAlYTa که بوسیله‌ی پلاتین اصلاح شده است، کم می‌باشد؛ اما این مقدار به طور جالبی در سطح مشترک زیرلایه / سوپرآلیاژ این پوشش آخری، بالاست (شکل 3c).
این مسئله همچنین قابل توجه است که غلظت آلومینیوم در ناحیه‌ی پوشش داخلی ثابت است( در زیر سطح زیری که بوسیله‌ی پلاتین اصلاح گشته است)؛ این مسئله در تمام نمونه های پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین قابل مشاهده است (شکل 3b و C).
تفاوت مشاهده شده‌ی مهم دیگری که در زمان مقایسه‌ی دو پوشش اصلاح شده با پلاتین باید به آن توجه نمود، غلظت Ta در پوشش های اصلاح نشده است. اگر چه این غلظت در عمق NiCoCrAlYTa ،به جز در سطح مشترک با سوپرآلیاژ ثابت است. در سطح مشترک، تانتالیوم کاربید فراوان است. افزایش غلظت تانتالیوم، زیر سطح پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین در حدود 20 میکرون است (شکل 3). علاوه براین تانتالیوم کاربید ها در نزدیکی سوپرآلیاژهای دارای پوشش تریمومیت NiCoCrAlYTa مشاهده شده است اما این مسئله در پوشش های پلاسمایی دیده نشده است.
مانند پوشش های تریبومیت NiCoCrAlYTa، کاربیدهای تانتالیوم دارای ایتریوم هستند.
عناصر تنگستن و مولیبدن نیز در سوپرآلیاژ AM3 وجود دارد، بنابراین پروفایل غلظت های آنها تعیین گردید. در تنگستن و مولیبدن هیچ تغییر غلظتی، با تغییر پلاتین، مشاهده نگردید. اگرچه هیچ تغییری در نمودار این مواد دیده نشد، اما در شکل 4 نمودارهای این نمودارهای برای شفاف سازی بیشتر آورده شده است.
بعد از مطالعه‌ی نفوذ پلاتین از طریق NiCoCrAlYTa (با استفاده از نقشه های عنصری EDS)، آنالیز XRD بر روی هر پوشش رسوب داده شده بر روی سوپرآلیاژ( بعد از عملیات حرارتی)، انجام شد. این پیکربندی در شکل 5 آورده شده است.
داده های XRD بدست آمده از NiCoCrAlYTa تریبومیت حضور فاز گاما نیکل و بتا NiAl را تایید نمود. علاوه براین پیک های آلفا آلومینا نیز تشخیص داده شدند. این مسئله می‌تواند به علت وجود اکسید ها در داخل باند کوت بوجود آمده باشد (شکل 2b). اما شدت پیک بیشتراز چیزی است که در زمان در نظر گرفتن کسر حجمی اکسید موجود در داخل پوشش، قابل انتظار است. علاوه براین اکسیدها اغلبا دارای ایتریا و فاز آلفا آلومینا هستند. که این مسئله بوسیله‌ی XRD قابل تشخیص دادن است. بنابراین، این پیک ها باید به اکسیداسیون باند کوت در حین عملیات حرارتی مربوط باشد.
با افزودن پلاتین، مارتنزیت L1، گاما پرایم Ni3Al و گاما نیکل در بخش خارجی پوشش تریبومیت NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین، قابل تشخیص می‌باشد (شکل 5). مارتنزیت همچنین در بخش خارجی پوشش پلاسمایی NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین قابل مشاهده است. به هر حال این مشکل است که بدانیم آیا پوشش پلاسمایی با فازهای گاما نیکل و گاما پرایم Ni_3 Al واکنش داده و یا تنها دارای این دو فاز است. کاربیدهای تانتالیوم و آلومینا در هیچ کدام از پوشش های NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین مشاهده نشدند. غیاب کاربیدهای تانتالیوم کاربید در داخل بخش خارجی هر دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده نتایج بدست آمده از نقشه های EDS را تأیید می‌کند(شکل 3).
برای کامل شدن نتایج بدست آمده از نقشه های طیف اتمی EDS و XRD، آزمایشات با استفاده از TEMو آنالیز تفرق الکترونی در هر دو نوع پوشش انجام شد. اولا الگوهای تفرق الکترونی حضور مارتنزیت L1 را در نقطه‌ی داخلی هر باند کوت، تأیید می‌کرد (همانگونه که در الگوهای تفرق شکل 6a دیده می‌شود). یک بخش مارتنزیتی در پوشش های پلاسمایی NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین مشاهده شده است (شکل 6b). این ناحیه‌ی مارتنزیت در شکل 7 با عدد 1 نشان داده شده است. شکل 7 سطح مقطع های بخش بیرونی هر دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین است. مارتنزیت L1 در حالت BSE و کنتراست روشن ظاهر می‌شود.
در زیر مارتنزیت، الگوهای SAED فاز بدست می‌آید. فاز دارای پارمتر شبکه‌ی برابر با 3.566 A است درحالی که فاز گاما نیکل دارای پارامتر شبکه‌ی 3.524A است. بنابراین این مشکل است که فاز را به تنهایی از مخلوط و گاما نیکل (که به صورت اپیتاکسی رشد کرده اند) جدا نمود. برای حل این مشکل، تصاویر زمینه تاریک با استفاده از انعکاس از الگوهای تفرق SAED در بدست آمد. به دلیل پر رنگ بودن فاز ، این مشخص می‌شود که اگر دانه های به تنهایی یا از ترکیب و گاما نیکل تشکیل شده باشند، دانه های در هر دو باند کوت قابل رویت است. یک مثال از تصویر میدان تاریک که از انعکاس صفحات (011) در تشکیل شده است (شکل 8a)، در شکل 8b آورده شده است. تصویر میدان روشن مربوط به تصویر میدان تاریک نشان داده شده در شکل 8c آورده شده است. دانه های ( که با کنتراست خاکستری در حالت BSE آمده اند، مربوط به نقطه‌ی 2 از شکل 7 است. در شکل 7،دانه های با کنتراست تیره تر نسبت به مارتنزیت و نیز قابل رویت هستند. آنها به ناحیه‌ی 3 مربوط می‌شوند که در زیر فاز و در هر دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین، قرار گرفته اند. علاوه بر این، این دانه ها همچنین در بالای سطح نمونه‌ی پوشش تولید شده با روش ترمیوبیت نیز قابل مشاهده می‌باشند (شکل 7a). یک تصویر SEM از سطح پوشش تولید شده با روش ترمیوبیت، بعد از عملیات حرارتی و تحت تابش الکترون ثانویه نشاندهنده‌ی وجود یک دانه‌ی سوم در در میان دانه های مارتنزیت و است( کنتراست تاریک در شکل 9a). این فاز از رسوبات ریز تشکیل شده است(شکل 9b).
آنالیزهای دیگری در ناحیه‌ی 3 از شکل 7 انجام شده است. الگوهای تفرق SAED بدست آمده به فاز
مربوط می‌شود. مانند قبل ، تصاویر میدان تاریک با استفاده از انعکاس بدست آمده است و این تصاویر اطلاعات بیشتری را برای ما مهیا می‌کنند. بنابراین رسوبات پر رنگ ترند و این بدین معناست که دانه های با کنتراست سیاه از فاز گاما نیکل تشکیل شده و درداخل آن رسوبات
وجود دارد. یک مثال از این مسئله در شکل 9 آورده شده است که در اینجا انعکاس صفحات (100) از الگوهای تفرق SAED فاز برای بدست آوردن تصاویر میدان تاریک مربوط به تصویر 9d مورد استفاده قرار گرفته است. تصویر میدان روشن شکل 9e نیز رسوبات را در داخل زمینه‌ی گاما نیکل نشان می‌دهد. خوش بختانه این رسوبات نیز در تصاویر SEM ( نمونه های اچ شده ) مشخص شده اند( همانگونه که در شکل 9f دیده می‌شود). تصویر 9F تصویر سطح مقطع هسته‌ی NiCoCrAlYTa اصلاح شده است که با روش تریبومیت تولید شده است.
علاوه بر مارتنزیت L1، فازهای و گاما نیکل، اکسیدهایی در سطح مقطع اولیه‌ی NiCoCrAlYTa/ Pt دیده می‌شود. آنالیز EDS از پوشش تریبومیتی تولید شده از NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین حضور اکسیدهای غنی از Y و Al را آشکار ساخت. تفرق الکترونی بر روی پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش پلاسما تولید شد، نشان داد که Y_3 Al_5 O_12 و α-〖Al〗_2 O_3 حضور دارند( شکل 10c و به ترتیب برای نواحی 1 و 2 از شکل 10b).
سایر اکسیدها در بخش داخلی پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت ساخته شد، دیده می‌شود. این اکسیدها در داخل زمینه ای از گاما نیکل وجود دارند (شکل 11).
آنها اکسیدهای غنی از آلومینیویم و یا Y هستند. آرایش آنها برخی اوقات مشابه شکل ذرات CrAlYTa هستند. یک چنین اکسیدهایی در پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش پلاسما تولید شد، دیده می‌شود.
در نهایت رسوبات خیلی کوچکی در داخل نقطه‌ی دورنی هر دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین دیده می‌شود. یک مقدار کم از تفرق الکترونی نشاندهنده‌ی وجود رسوبات آلفا کروم است. اگرچه سایر رسوبات بسیار زیادند، آنها متفاوت نیستند. علاوه بر این آنالیز EDS بر روی این ذرات ناشناخته انجام شد ولی نتوانست ترکیب شیمیایی درست آنها را به ما بدهد. تنها تفاوت شناخته شده، مقدار اکسیژن است. این به نظر می‌رسد که غلظت اکسیژن در رسوبات نسبت به زمینه بیشتر است.
در شکل 12 خلاصه ای از داده های SEM، XRD، TEM و تفرق الکترونی آورده شده است.

اثر کاربیدهای تانتالیوم

در پوشش های NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت ساخته شد، با افزایش پلاتین، کاربیدهای تانتالیوم از نقطه‌ی خارجی ناپدید می‌شوند اما این کاربیدها در ناحیه ای از پوشش ک به سوپرآلیاژ نزدیک است، وجود دارد. هیچ کاربید تانتالیومی در روش تولید پلاسمایی تولید نمی شوند.
پوشش های NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت ساخته شد نیز بر روی سوپرآلیاژ MC-NG پوشش دهی شد. ریزساختار مشابه با حالتی که از سوپرآلیاژ Am3 استفاده شد، بدست آمد. با این حال برخی تفاوت ها دیده شد. اول اینکه عمق پوشش دارای کاربید تانتالویم در سوپرآلیاژ MC-NG بزرگتر است( همانگونه که در شکل 13 دیده می‌شود). نقشه‌ی طیفی EDS نیز برروی سطح مقطع پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت و بر روی سوپرآلیاژ MC-NG ساخته شد، بدست آمد. غلظت های پلاتین و آلومینیوم با مقادیر بدست آمده در آلیاژ Am3 مشابه است. این واضح است که مقدار پلاتین رسوب کرده برروی سطح پوشش NiCoCrAlYTa در دو سوپرآلیاژ، متفاوت است. محاسبات مقداری انجام شده برروی پلاتین که با استفاده از تجمیع پروفایل های غلظتی بدست آمد، نشان داد که پلاتین 34% کمتر بر روی سوپرآلیاژ MC-NG نسبت به سوپرآلیاژ AM3 رسوب کرده است. ضخامت پلاتین در حدود 7 میکرون ( با عدم قطعیت 2 میکرون) بود. تفاوت در مقدار پلاتین مربوط به خاطر تفاوت در ضخامت لایه‌ی پلاتینی است (2.4 میکرون).
آنالیز XRD همچنین بر روی پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت و بر روی سوپرآلیاژ MC-NG رسوب داده شد ،انجام شد. الگوهای بدست آمده برای سوپرآلیاژ AM3 ضروری است (شکل 5). به هر حال پارامترهای شبکه با توجه به سوپرآلیاژ متفاوت است( همانگونه که در جدول 2 آورده شده است).
بدون توجه به نوع آلیاژ، پارامتر شبکه‌ی گاما نیکل در پوشش NiCoCrAlYTa برابر با 3.57A است. با افزودن پلاتین، پارامتر شبکه افزایش می‌یابد و بزرگتر یا برابر با 3.60A می‌شود (جدول 2). با جایگزینی نیکل در و مارتنزیت L1، اتم پلاتین که بزرگتر از اتم نیکل است، پارامتر شبکه ب این فازها را افزایش می‌دهد. به هرحال این مسئله جای شگفتی دارد که پارامترهای شبکه به سوپرآلیاژی که بر روی آن رسوب دهی می‌شوند، بستگی دارد.
مقایسه‌ی نهایی میان تمام سیستم های سوپرآلیاژ بعلاوه ب باند کوت انجام شده است. سطح مقطع این سیستم ها در شکل 14 آورده شده است. درحالی که پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش تریبومیت تولید شده اند، دارای کاربیدهای تانتالیوم هستند( در تمام بخش ها؛ شکل 14a)، وقتی به پوشش ذکر شده پلاتین اضافه کنیم، کاربیدهای تانتالیوم تنها در نزدیک سطح مشترک سوپرآلیاژ و پوشش دیده می‌شوند( شکل 14b,c). به هر حال عمق که بوسیله‌ی کاربیدهای تانتالیوم تحت تأثیر قرار می‌گیرد، در سوپرآلیاژ MC-NG بزرگتر از سوپرآلیاژ AM3 است. در تمام عمق پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که از روش پلاسما تولید شده است، کاربیدهای تانتالویم وجود ندارد( شکل 14d). استفاده از پروفایل پلاتین که از نقشه‌ی طیفی EDS بدست می‌آید، مقدار پلاتین رسوب کرده برای سیستم پلاسما مقدار 7% بزرگتر از مقدار پلاتین موجود در پوشش تولید شده با روش تریبومیت، تخمین زده شده است. بنابراین، این سیستم می‌تواند با توجه به غلظت پلاتین درجه بندی گردد. از کمترین به بیشترین:

آنها می‌توانند همچنین باتوجه به مقدار کاربید تانتالیوم موجود در آنها طبقه بندی شوند.از کمترین به بیشترین:

این جالب است که بدانید وقتی مقدار پلاتین بیشتری به McrAlY اضافه گردد، مقدار کاربید تانتالیوم کمتری ایجاد می‌شود.

تشریح مطالب

اثر Pt برروی فازها

پس از عملیات حرارتی تحت خلأ اولیه، پوشش های اصلاح شده با پلاتین به نحوی ایجاد می‌شوند که در آنها سطح زیری از Al غنی است و هسته از Al تهی است (شکل 3 و 4). حضور لایه‌ی پلاتینی بر روی سطح NiCoCrAlYTa موجب می‌شود تا یک فرایند نفوذ سربالایی Al در طی عملیات حرارتی رخ دهد. یک چنین اثری از پلاتین بر روی Al در پوشش های McrAlY تنها یک بار بوسیله‌ی Raffaitin در یک کار انتشار نیافته مشاهده شده است. این مسئله می‌تواند به مطالعه‌ی Gleeson و همکارانش مربوط باشد. در پوشش های γ-Ni ، که نفوذ سربالایی Al توصیف شد، با افزایش پلاتین، کاهش فعالیت آلومینیوم بوجود می‌آید. این بدین معناست که Al بوسیله‌ی ذرات CrAlYTa و یا مواد تجزیه شده، احاطه شده است و در نهایت مارتنزیت L1 تشکیل شده است( شکل 5، 6 و 12) ( حتی ممکن است بتا NiAl نیز تولید شود. این پدیده به حدی گسترده است که هیچ فاز بتا AlN اضافی در داخل هسته‌ی پوشش مشاهده نمی شود( حتی در نزدیکی سوپرآلیاژ). پلاتین تمام ریزساختار NiCoCrAlYTa را اصلاح می‌کند.
مارتنزیت( که از استحاله‌ی بتا NiAl در دمای بالا بوجود می‌آید)، ایتریم را به میزان کمتری نسبت به
یا γ-Ni ، حل می‌کند. این مسئله غلظت اندک ایتریم مشاهده شده در لایه‌ی زیری پوشش NiCoCrAlYTa تولید شده با روش پلاسما را توجیه می‌کند( شکل 3). درباره‌ی پروفایل غلظت ایتریم در پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که به روش تریبومیت تولید شده است، حضور مارتنزیت در بخش خارجی پوشش تأیید شده است اما این حقیقت که ایتریوم به طور نسبی در داخل کاربیدهای تانتالیوم حبس می‌شود، علت عدم وجود این عناصر در داخل لایه‌ی زیری را توضیح می‌دهد. غلظت بالای ایتریم در سطح مشترک سوپرآلیاژ/ پوشش در پوشش های تولید شده با روش پلاسما یک مغوله‌ی کشف نشده باقی ماند.
افزایش غلظت Ta( حتی در حد چند میکرون) در زیر سطح هر دو پوشش اصلاح شده با پلاتین به حضور فاز (در زیر مارتنزیت) بستگی دارد (شکل 3 و 12). هسته‌ی پوشش از زمینه ای نیکلی تشکیل شده است که در آن رسوبات در طی فرایند سرد کردن و عملیات حرارتی تشکیل می‌شوند.
در دمای بالا، هسته‌ی پوشش می‌تواند سپس دانه های تک فاز گاما نیکل باشد. دانه های گاما نیکل( با رسوبات ریز ) نیز در سطح پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که به روش تریبومیت تولید شده است، قابل مشاهده است (شکل 7). این مسئله در مورد پوشش های تولید با روش پلاسما صدق نمی کند. با وجود این لایه های مارتنزیت و به طور کامل مانند دانه های
موجود در لایه‌ی مارتنزیتی موجود در پوشش های تولیدی با روش پلاسما، مجزا نمی باشد. این ریزساختارهای متفاوت می‌تواند از فرایند تولید مورد استفاده در رسوب دهی NiCoCrAlYTa حاصل شود.
پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که به روش تریبومیت تولید شده است دارای ذرات CrAlYTa هستند که در داخل زمینه ( از جنس نیکل، کبالت)( پیش از رسوب دهی پلاتین) قرار دارد. ریزساختار سپس به نسبت هموژن تر می‌شود. پوشش های NiCoCrAlYTa تولید شده با روش پلاسما از بخش های NiCoCrAlYTa با ترکیب شیمیایی ثابت تشکیل شده اند. وقتی نفوذ داخلی در میان پوشش NiCoCrAlYTa تولید شده با روش پلاسما( با ترکیب ثابت) و لایه‌ی پلاتینی اتفاق افتد، ریزساختار پس از عمیات حرارتی به نظر اضافه می‌آید. در موردی که نفوذ داخلی در میان پوشش تولید شده با روش تریبومیت با ترکیب شیمیایی ثابت و لایه‌ی پلاتینی رخ دهد، دانه های گاما نیکل در سطح پوشش یافت می‌شوند( در میان دانه های مارتنزیت و ). بنابراین رسوب دهی NiCoCrAlYTa بر روی ریزساختار NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین اثر می‌گذارد. این مسئله به دلیل فقدان هموژنیتی ریزساختاری و شیمیایی پوشش تولید شده با روش تریبومیت، رخ می‌دهد. در عوض، عملیات حرارتی که پس از رسوب دهی NiCoCrAlYTa باید انجام شود به تعویق افتاده است( تا زمانی که پلاتین برروی نمونه رسوب کند). اگر عملیات حرارتی قبل از رسوب دهی پلاتین، انجام شود، ریزساختارهای هر دو پوشش( با دو روش تولید مختلف) مورد انتظار است.
همانگونه که قبلا اشاره شد، مارتنزیت به دمای بالا به فاز تبدیل می‌شود. تغییر حجمی اتفاق افتاده در این استحاله در حدود 2% می‌باشد. در پوشش های آلومینیزاسیون شده‌ی اصلاح شده با Pt، این تغییر حجمی می‌تواند چروک خوردن سطح باند کوت را مستعد کند. در مطالعه‌ی کنونی، توزیع مارتنزیت با توجه به روش که NiCoCrAlYTa تولیدشده است، متفاوت است. این مسئله می‌تواند منجر به تغییر طول عمر مفید طی سیکل های حرارتی گردد.
حقیقت این است که دانه های ای که در نزدیکی سوپرآلیاژ مشاهده گردید، نشاندهنده‌ی این هستند که کل پوشش اصلاح شده است. غلظت بالای آلومینیوم در لایه‌ی زیری به منظور ایجاد مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون دما بالاست؛ در حالی که بخش غنی از کروم زیرین( مانند پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین) از ایجاد خوردگی داغ جلوگیری می‌کند.
اکسیداسیون در نواحی سطح مشترک پلاتین/ NiCoCrAlYTa ( در هر دو نوع پوشش دیده می‌شود). اکسیدها همچنین در داخل هسته‌ی پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که به روش تریبومیت تولید شده است، نیز مشاهده می‌شود. در اینجا نیز فرایند تولید مورد استفاده برای رسوب دهی این تفاوت را توصیف می‌کند. در حقیقت این اکسیدها به احتمال زیاد از اکسیداسیون ذرات CrAlYTa مورد استفاده در طی فرایند تولید آلیاژ، ایجاد شده اند. حضور اکسیدها در داخل پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین که به روش تریبومیت تولید شده است ( در طی فرایند عملیات حرارتی) از نفوذ داخلی میان ذرات CrAlYTa و ماتریس (نیکل -کبالتی) جلوگیری می‌کند. باند کوت ها ممکن است مقداری تخلخل داشته باشند که این تخلخل ها بعد از عملیات حرارتی بوجود می‌آید. همین تخلخل ها می‌تواند طول عمر قطعه را کاهش دهد. در عوض در روش پلاسما، ذرات فلزی با ترکیب شناخته شده ذوب می‌شوند و به سمت سوپرآلیاژ اسپری می‌شوند (در محیط با اکسیژن کم).
رسوبات بسیار ریزی در نقطه‌ی خروجی هر دو پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین مشاهده شده است. برخی رسوبات کروم هستند که مارتنزیت خارجی را ایجاد می‌کنند یا لایه‌ی خارجی هستند که بعد از عملیات حرارتی، با کروم اشباع می‌شود. سایر رسوبات می‌تواند در نقاطیی که تفرق پیدا نکرده است، وجود داشته باشند. این را باید مورد توجه قرار دهید که آنها دارای اکسیژن هستند. بنابراین این رسوبات می‌توانند اکسیدهای آمورفی باشند اما آنالیزهای دیگر مانند EELS برای نتیجه گیری های دیگر مورد نیاز است.
از سطح مقطع های مختلف پوشش های NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین، این به نظر می‌رسد که پلاتین دارای اثر هوارسازی برروی سطح باند کوت نیست درحالی که این فرایند برای رسوب دهی پلاتین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مسئله با مشاهدات Lowrie و Boone در زمینه‌ی پوشش های CoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین صدق می‌کند.

اثر Pt بر روی TaC

این مسئله در شکل 14 دیده می‌شود که مقدار بزرگتر پلاتین رسوب کرده بر روی سطح NiCoCrAlYTa باعث می‌شود تا مقدار TaC کمتری ایجاد گردد. غلظت کربن در داخل سیستم شناخته شده نیست. به هر حال کربن سریع در گاما نیکل و در دمای بالا نفوذ می‌کند و به آسانی به سمت باند کوت (در طی عملیات حرارتی) حرکت می‌کند و کاربید ایجاد می‌کند. بنابراین غلظت این عنصر نباید پارامتر محدود کننده برای تشکیل کاربید باشد. حضور کاربیدها در داخل این ماده به فعالیت تانتالیوم و فعالیت کربن وابسته است. تانتالیوم یک عنصر ناقل گاما پرایم است (مانند آلومینیوم). علاوه بر این این به خوبی فهمیده شده است که پلاتین فعالیت آلومینیوم را کاهش می‌دهد. از این رو یک اثر مشابه با چیزی که برا ی فعالیت آلومینیوم می‌توان انتظار داشت، برای فعالیت تانتالیوم نیز وجود دارد زیرا با افزودن پلاتین، فعالیت تانتالیوم کاسته شده و سپس کاربید تجزیه می‌شود. با اینحال کارهای بیشتری به منظور بررسی نکته‌ی آخری مورد نیاز است.
اثر مورد انتظار پلاتین بر روی مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون
افزودن پلاتین باعث افزایش قابل توجه در غلظت Al موجود در بخش داخلی پوشش ها می‌شود. این مسئله برای اکسیداسیون انتخابی Al و در نتیجه بهبود مقاومت به اکسیداسیون یک چنین پوشش هایی است. علاوه براین هسته‌ی پوشش هنوز غنی از کروم است که این مسئله نیز برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی داغ مفید می‌باشد. بنابراین به نظر می‌رسد که این پوشش های جدید برای استفاده در محیط های خورنده مناسب اند. با اینحال حل شدن کاربیدهای تانتالیوم، که به نظر با افزودن پلاتین رخ می‌دهد، و حضور مارتنزیت می‌تواند یک موضوع باشد. بودن یا نبودن کاربیدهای تانتالیوم و تیتانیوم می‌تواند نفوذ از سوپرآلیاژ به سمت سطح پوشش را سهولت داده و لایه‌ی محافظ را تخریب کند. به دلیل اینکه مارتنزیت در دمای بالا به فاز بتا NiAl تبدیل می‌شود، تنش ها می‌تواند توسعه یافته و منجر به تغییر شکل در سطح شود.
این کار به بررسی اثر پلاتین بر روی ریزساختار دو پوشش NiCoCrAlYTa کار می‌کند که با روش های مختلف تولید می‌شوند. اولا این نشان داده شده است که آلومینویم به طور گسترده از NiCoCrAlYTa به سمت نقطه‌ی غنی از پلاتین، نفوذ می‌کند. لایه‌ی زیری از آلومینیوم و مارتنزیت L1 غنی می‌شود( حتی از فاز بتا NiAL). یک چنین نفوذ آلومینیومی به طور متعاقب موجب کاهش فعالیت آلومینیوم در حضور پلاتین می‌شود( همانگونه که بوسیله‌ی سایر محققین نیزمورد تأیید قرارگرفته است). نفوذ Al به نحوی شدید است که باعث می‌شود فاز بتا NiAl در داخل هسته‌ی پوشش رویت نشود. پس نقطه‌ی خارجی پوشش NiCoCrAlYTa اصلاح شده با پلاتین، غنی از Al درحالی که نقطه‌ی مرکزی آن غنی از کروم است. این پوشش ها باید مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و خوردگی داشته باشند و سوپرآلیاژ را از خوردگی حفظ کنند.
مارتنزیت، و γ-Ni در هر دو پوشش مشاهده می‌شوند. به هر حال توزیع انها با توجه به فرایند تولید انجام می‌شود. وقتی پلاسما اسپری مورد استفاده قرار گیرد، ریزساختارپس از عملیات حرارتی یکنواخت تر از پوششی است که در زمان استفاده از فرایند تریبومیت ایجاد می‌شود. اگر عملیات حرارتی قبل از پوشش دهی پلاتین انجام شود، ریزساختار هر دو پو شش نزدیک به هم خواهد بود. پلاتین که به طور واضح بر روی فعالیت آلومینیوم اثر می‌گذارد، همچنین باعث کاهش فعالیت تانتالیوم می‌گردد و این مسئله منجر می‌شود تا کاربید تانتالیوم حل شود. بررسی های بیشتر در مورد مسئله‌ی اخیر ضروری است.

/ج