Scan011520104758

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

\

<f pl\v pokryć na własności mechaniczne

Dotychczas, w naszych przykładach, mówiliśmy o zaletach warstewek i h uł ów n ( li polegających na zmniejszaniu szybkości powstawania ubytków m* i i Im wskutek utleniania. Warstewki tlenkowe mają jednak również pewne

W i< mpcraturach panujących na powierzchni łopatek turbin tlenki są l U I >; 11 dzo kruche, więc mogą pękać, zwłaszcza gdy temperatura łopatek mim mm i powstają naprężenia pomiędzy stopem i tlenkiem wskutek różnic i. l» i /< i/alności cieplnej. Mogą one działać jako idealne miejsca zarodko-miii |M/kMięć zmęczeniowo-cieplnych, które mogą się przenosić na sam stop i» ’ ' M ponieważ warstewki tlenków na stopach niklu bardzo dobrze i" k i i|.| do metalu podłoża (byłyby nieużyteczne, gdyby tak nie było). I d m,h właściwości warstewek tlenkowych mogą odgrywać ważną rolę • lik ulywaniu na właściwości zmęczeniowe całego elementu.

Stop

//////// Tlenek

Pęknięci*

zmęczenia._____

cieplno-zmęczeniowe

n > > 3. Pęknięcia zmęczeniowe rozprzestrzeniające się od pokrycia w głąb materiału

/nona przyszłościowych materiałów na łopatki turbin

l.ika jest odporność na korozję nowych stopów na łopatki turbin, jak np. i ‘i*iiw cutektycznych krystalizowanych kierunkowo? Otóż stop typu Ni₃Al-iji.Nh, w temperaturze pracy 1155°C przewidywanej dla takich stopów, ii-mi 0,05 mm metalu z powierzchni w ciągu 48 h. Nie są to dobre właści-więc przed zastosowaniem materiały te wymagają nałożenia pokryć limnuych. Przy mniejszych szybkościach utleniania zachodzi bardziej i imIIiwc zjawisko - wybiórczy atak korozyjny na jedną z faz, z penetracją

•    Iluż granic między fazowych. Tego typu atak, zachodzący w miejscu i * i wy w pokryciu, może oczywiście łatwo doprowadzić do pęknięcia zmę-

•    «nowego i stwarza dodatkowy problem związany ze stosowaniem stopów • ii« I tycznych krystalizowanych kierunkowo.

Można by się zastanawiać, dlaczego w rozdziale o materiałach na łopatki im lun nie wspomnieliśmy o czystych trudno topliwych metalach Nb, Ta, Mo, U (chociaż pokazaliśmy jeden z nich na rys. 20.7). Metale te mają bardzo \\ .olać temperatury topnienia, jak niżej pokazano, dlatego powinny mieć I• ml, o dobrą odporność na pełzanie:

Nb	2740 K
Ta	3250 K
Mo	2880 K
W	3680 K

Ale wszystkie one utleniają się szczególnie szybko (tabl. 21.2) i są zupełnie bezużyteczne bez pokryć ochronnych. Problem z pokrywanymi metalami trudno topliwymi polega na tym, że jeżeli pojawi się przerwa w pokryciu (np. wskutek zmęczenia cieplnego lub erozji spowodowanej cząstkami pyłu itp.), zaczyna zachodzić katastrofalne utlenianie metalu podłoża prowadzące do szybkiego zniszczenia. Brak bezpieczeństwa spowodowany tą sytuacją jest głównym problemem, który musi być rozwiązany, zanim będziemy mogli stosować te potencjalnie wspaniałe pod innym względem materiały.

Z materiałami ceramicznymi SiC i Si₃N₄ nie ma takiego problemu. Utleniają się one łatwo (tabl. 21.1), ałe w wyniku tego tworzą na powierzchni warstewkę Si0₂, która daje dobre zabezpieczenie do temp. 1300°C. A ponieważ tworzy się ona przez utlenianie samego materiału, może się też sama regenerować.

Operacje łączenia: uwaga końcowa

Można by przypuszczać, że obecność na powierzchni materiału ochronnej warstewki tlenków jest zawsze korzystna. Otóż nie zawsze: jeżeli będziemy chcieli połączyć materiały przez lutowanie miękkie lub twarde, ochronna warstewka tlenków może stwarzać problem. To ona jest właśnie powodem, że stal odporną na korozję trudno jest łączyć lutem twardym, a prawie niemożliwe jest lutowanie miękkie; także zgrzewanie punktowe i łączenie dyfuzyjne jest trudne. Ochronne warstewki powodują słaby elektryczny kontakt pomiędzy elementami, dlatego aluminium nie jest już szeroko stosowane jako przewodnik elektryczności. Również wytwarzanie elementów metodami proszkowymi (z którymi jest związane prasowanie i spiekanie - w rzeczywistości łączenie dyfuzyjne - sproszkowanego materiału w celu uzyskania wymaganego kształtu) jest utrudnione z powodu ochronnych warstewek powierzchniowych.

Literatura uzupełniająca

M.G. Fontana, N.D. Greene: Corrosion Engineering. McGraw Hill, 1967, rozdz. 11.

D.R. Gabe: Principles of Metal Surface Treatment and Protection. 2nd edition, Pergamon Press, 1978.

Literatura uzupełniająca w języku polskim

9

A. Hernas, A. Maciejny: Zarowytrzymałe stopy metali. Wrocław ZNiO, 1989.

S. Mrowec, T. Werber: Nowoczesne materiały żaroodporne. WNT, Warszawa 1982.

_¹ ■