Дослідження розрахуночної температури окислення лопастів турбини з суперсплаву IN-738 LC з термічним покриттям AL2O3 з використанням процесу шламового покриття

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259937

Ключові слова:

шлам, покриття, алітування, турбінні лопатки, оксидування, IN 738 LC, суперсплави, шорсткість поверхні

Анотація

Дослідження спрямоване на вивчення впливу добавок Al2O3 та Al у суперсплави на основі нікелю як шар покриття на стійкість до окислення та структурну поведінку нікелевих суперсплавів, таких як IN 738 LC. Суперсплави на основі нікелю популярні як базові матеріали для гарячих компонентів промислових газових турбін, таких як лопатки, через їх чудові механічні характеристики та стійкість до високотемпературного окислення, але наявність продуктів згоряння викликає гаряче окислення при високих температурах протягом тривалого часу. що призводить до корозії лопаток турбіни, що призводить до величезних економічних втрат. Лопатки турбін, які використовуються на іракських газових електростанціях, потребують регулярного дорогого обслуговування з використанням традиційних процесів. Ці леза виготовлені із суперсплавів нікелю, таких як IN 738 LC (Inconel 738). Деякі вчені досліджували вплив добавок Al2O3 або Al у суперсплави на основі нікелю як шар покриття з використанням методу покриття суспензією на стійкість до окислення для підвищення стійкості до окислення суперсплаву на основі нікелю. У цьому дослідженні на IN 738 LC нанесено покриття з двома різними відсотковими вмістами покриття, перше з яких становить (10 Al+90 Al2O3), а друге – (40 Al+60 Al2O3). Скануючий електронний мікроскоп (SEM) та рентгенівська дифракція (XRD) були виконані для всіх зразків до та після окислення. За результатами СЕМ-зображень поверхні встановлено, що поверхневий шар має відносно помірне значення пористості, а деякі шари покриття містять мікротріщини. Найкраща шорсткість поверхні зразків, покритих 60% оксиду алюмінію + 40% алюмінію, становила 5752 нм. Тоді як шорсткість поверхні зразків, покритих 90% оксиду алюмінію + 10% алюмінію, становила 6367 нм. Результати показують, що сплави з добавками Al2O3, так і Al показали позитивний синергетичний ефект добавок Al2O3 і Al на стійкість до окислення. Крім того, термічне покриття NiCrAl2O3 має хорошу стійкість до окислення, а ефективна температура антиокислення підвищена до 1100 °C, що, у свою чергу, скорочує період обслуговування лопаток турбіни

Спонсор дослідження

  • The authors would like to express their gratitude for the support provided by the University of Baghdad, Iraq.

Біографії авторів

Naseer Abdulrazzaq Mousa, University of Baghdad

Lecture, MSc in Mechanical Engineering

Department of Reconstruction and Projects

Bajel Mohammed Alshadeedi, University of Baghdad

Assistance Lecture, MSc in Mechanical Engineering

Department of Reconstruction and Projects

Osam Hassan Attia, Baghdad University

Lecture, Doctor in Mechanical Engineering

Department of Reconstruction and Projects

Hussein Adel Mahmood, University of Baghdad

Lecture, Doctor in Mechanical Engineering

Department of Reconstruction and Projects

Nor Mariah Adam, Universiti Putra Malaysia

Professor, Doctor in Mechanical Engineering

Department of Chemical and Environmental Engineering

Faculty of engineering

Посилання

  1. Basuki, E. A., Prajitno, D. H., Muhammad, F. (2017). Alloys developed for high temperature applications. AIP Conference Proceedings. doi: https://doi.org/10.1063/1.4974409
  2. Long, H., Mao, S., Liu, Y., Zhang, Z., Han, X. (2018). Microstructural and compositional design of Ni-based single crystalline superalloys – A review. Journal of Alloys and Compounds, 743, 203–220. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.224
  3. Goodfellow, A. J. (2018). Strengthening mechanisms in polycrystalline nickel-based superalloys. Materials Science and Technology, 34 (15), 1793–1808. doi: https://doi.org/10.1080/02670836.2018.1461594
  4. Donachie, M. J., Donachie, S. J. (2002). Superalloys. ASM International. doi: https://doi.org/10.31399/asm.tb.stg2.9781627082679
  5. Birks, N., Meier, G. H., Pettit, F. S. (2006). Introduction to the High Temperature Oxidation of Metals. Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9781139163903
  6. Jokar, A., Ghadami, F., Azimzadeh, N., Doolabi, D. S. (2021). Slurry Aluminizing Process of the Internal Passageways of Gas Turbine Blades: Investigation of High-Temperature Oxidation Behavior at 1000 ºC. SSRN Electronic Journal. doi: https://doi.org/10.2139/ssrn.3967530
  7. Shao, Y., Xu, J., Wang, H., Zhang, Y., Jia, J., Liu, J. et. al. (2019). Effect of Ti and Al on microstructure and partitioning behavior of alloying elements in Ni-based powder metallurgy superalloys. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 26 (4), 500–506. doi: https://doi.org/10.1007/s12613-019-1757-1
  8. Zakeri, A., Masoumi Balashadehi, M. R., Sabour Rouh Aghdam, A. (2021). Development of hybrid electrodeposition/slurry diffusion aluminide coatings on Ni-based superalloy with enhanced hot corrosion resistance. Journal of Composites and Compounds, 2 (5), 1–8. doi: https://doi.org/10.52547/jcc.3.1.1
  9. Maniam, K. K., Paul, S. (2021). Progress in Novel Electrodeposited Bond Coats for Thermal Barrier Coating Systems. Materials, 14 (15), 4214. doi: https://doi.org/10.3390/ma14154214
  10. Sims, C. T., Stoloff, N. S., Hagel, W. C. (Eds.) (1987). Superalloys II. Wiley.
  11. Goebel, J. A., Pettit, F. S., Goward, G. W. (1973). Mechanisms for the hot corrosion of nickel-base alloys. Metallurgical Transactions, 4 (1), 261–278. doi: https://doi.org/10.1007/bf02649626
  12. Gupta, A. K., Immarigeon, J. P., Patnaik, P. C. (1989). A review of factors controlling the gas turbine hot section environment and their influence on hot salt corrosion test methods. High Temperature Technology, 7 (4), 173–186. doi: https://doi.org/10.1080/02619180.1989.11753435
  13. Fuhui, W., Hanyi, L., Linxiang, B., Weitao, W. (1989). Hot corrosion of yttrium-modified aluminide coatings. Materials Science and Engineering: A, 120-121, 387–389. doi: https://doi.org/10.1016/0921-5093(89)90792-2
  14. Gleeson, B., Cheung, W. H., Costa, W. D., Young, D. J. (1992). The hot-corrosion behavior of novel CO-deposited chromium-modified aluminide coatings. Oxidation of Metals, 38 (5-6), 407–424. doi: https://doi.org/10.1007/bf00665662
  15. He, Y.-R., Rapp, R. A., Tortorelli, P. P. (1997). Oxidation-resistant Ge-doped silicide coating on Cr-Cr2Nb alloys by pack cementation. Materials Science and Engineering: A, 222 (2), 109–117. doi: https://doi.org/10.1016/s0921-5093(96)10516-5
  16. Hsu, H.-W., Tsai, W.-T. (2000). High temperature corrosion behavior of siliconized 310 stainless steel. Materials Chemistry and Physics, 64 (2), 147–155. doi: https://doi.org/10.1016/s0254-0584(99)00264-3
  17. Zhou, C., Xu, H., Gong, S., Yang, Y., Young Kim, K. (2000). A study on aluminide and Cr-modified aluminide coatings on TiAl alloys by pack cementation method. Surface and Coatings Technology, 132 (2-3), 117–123. doi: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(00)00911-7
  18. Koo, C. H., Yu, T. H. (2000). Pack cementation coatings on Ti3Al–Nb alloys to modify the high-temperature oxidation properties. Surface and Coatings Technology, 126 (2-3), 171–180. doi: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(00)00546-6
  19. Kassim, S. A., Shukri, N. M. M., Zubir, S. A., Seman, A. A., Abdullah, T. K. (2021). Si-Mo-Modified Aluminide Slurry Coating For High Temperature Protection Of Austenitic Stainless Steel. Malaysian Journal of Microscopy, 17 (2). Available at: https://malaysianjournalofmicroscopy.org/ojs/index.php/mjm/article/view/547
  20. Eliaz, N., Shemesh, G., Latanision, R. M. (2002). Hot corrosion in gas turbine components. Engineering Failure Analysis, 9 (1), 31–43. doi: https://doi.org/10.1016/s1350-6307(00)00035-2
  21. Visuttipitukul, P., Limvanutpong, N., Wangyao, P. (2010). Aluminizing of Nickel-Based Superalloys Grade IN 738 by Powder Liquid Coating. MATERIALS TRANSACTIONS, 51 (5), 982–987. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.m2009382
  22. Shmorgun, V. G., Bogdanov, A. I., Kulevich, V. P., Iskhakova, L. D., Taube, A. O. (2021). Microstructure and phase composition of diffusion coating formed in NiCr alloys by hot-dip aluminizing. Surfaces and Interfaces, 23, 100988. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.100988
  23. Keyvani, A. (2015). Microstructural stability oxidation and hot corrosion resistance of nanostructured Al2O3 /YSZ composite compared to conventional YSZ TBC coatings. Journal of Alloys and Compounds, 623, 229–237. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.10.088
  24. Lorenzo-Bañuelos, M., Díaz, A., Rodríguez, D., Cuesta, I. I., Fernández, A., Alegre, J. M. (2021). Influence of Atmospheric Plasma Spray Parameters (APS) on the Mechanical Properties of Ni-Al Coatings on Aluminum Alloy Substrate. Metals, 11 (4), 612. doi: https://doi.org/10.3390/met11040612
  25. Keyvani, A., Saremi, M., Sohi, M. H. (2011). An investigation on oxidation, hot corrosion and mechanical properties of plasma-sprayed conventional and nanostructured YSZ coatings. Surface and Coatings Technology, 206 (2-3), 208–216. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.06.036
  26. Vadayar, K. S., Rani, S. D. (2013). Hot corrosion behaviour of nickel based superalloys. International Journal of Applied Research in Mechanical Engineering, 2 (4), 223–227. doi: https://doi.org/10.47893/ijarme.2013.1090
  27. Pakseresht, A. H., Javadi, A. H., Bahrami, M., Khodabakhshi, F., Simchi, A. (2016). Spark plasma sintering of a multilayer thermal barrier coating on Inconel 738 superalloy: Microstructural development and hot corrosion behavior. Ceramics International, 42 (2), 2770–2779. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.11.008
  28. Massalski, T. B. (1988). Binary alloy phase diagrams. ASM Handbook, 114–125.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-30

Як цитувати

Mousa, N. A., Alshadeedi, B. M., Attia, O. H., Mahmood, H. A., & Adam, N. M. (2022). Дослідження розрахуночної температури окислення лопастів турбини з суперсплаву IN-738 LC з термічним покриттям AL2O3 з використанням процесу шламового покриття . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (117), 34–41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259937

Номер

Том 3 № 12 (117) (2022): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Naseer Abdulrazzaq Mousa, Bajel Mohammed Alshadeedi, Osam Hassan Attia, Hussein Adel Mahmood, Nor Mariah Adam

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.