Scan011520104716

244

- ■

WWsr,-* ‘    -

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

X

t

exp {-Q/RT^) exp {-Q/RT₂)

= 0,65 • 10

K

,x ir:s;-

;;e/,

Stąd czas dla temp.

t₂ = 0,65-10³ -1600 h= 1,04-10⁶ h

Temperatura [K]

Rys. 22.1. Charakter zależności k_p od temperatury

-•..•.i    - W

■’ it    'A ^ ' '"■?

■J-    . ...J    1 »\

'

.•►. rMtKiT, g ‘ V'

:

tCS

» - .-x

Uk

,

:.    ■    :    v' •

■ J * W*. ’ f    '*

• ;S^$§£

W-5

■ :/.T    '    . •

■

Jak już powiedzieliśmy, w naszym stopie jest tylko 20% Cr, a więc będzie on wykazywał tylko częściowo właściwości czystego Cr chronionego Cr₂0₃. W rzeczywistości, na podstawie danych eksperymentalnych możemy stwierdzić, że 20% Cr zwiększa czas określonego ubytku metalu tylko ok. 10-krotnie,

pracy łopatki

co oznacza, że czas powstania będzie wynosił 600-10 h = 6 000 godzin, a nie 10⁶ h (jak dla czystego chromu).

Dlaczego jest taka duża różnica czasów? Otóż gdy bierzemy pod uwagę stop, a nie czysty metal, warstwa tlenków - bez względu na jej skład (NiO, Cr₂0₃ itp.) - będzie również zawierała obce pierwiastki. Niektóre z nich będą zwiększać w niej albo współczynniki dyfuzji, albo jej przewodnictwo elektryczne, co spowoduje wzrost szybkości utleniania w porównaniu z warstwą nie zawierającą zanieczyszczeń w postaci obcych pierwiastków. Dlatego należy być bardzo ostrożnym w przenoszeniu danych, dotyczących właściwości ochronnych warstewek tlenkowych, z czystych materiałów na stopy. Pomimo

•    ’ ,    ,    •    ■'    |    .    i»‘ * ** ^vV

to z przeniesienia danych uzyskujemy pewien pogląd na to, czego możemy

r

it.

tp *T

oczekiwać w danym przypadku. Należy jednak podkreślić, że we wszystkich problemach związanych z utlenianiem, zasadnicze znaczenie mają eksperymentalne dane dotyczące aktualnie stosowanych stopów.

W rozważanym przez nas przykładzie ubytek 0,1 mm po czasie 6 000 h, występujący w stopie zawierającym 20% Cr, w temp. 935°C, jakkolwiek mniejszy niż w czystym niklu, jest jednak jeszcze zbyt duży. A co gorsze, w rozdz. 20 powiedzieliśmy, że w celu zwiększenia wytrzymałości na pełzanie ilość Cr została zmniejszona do 10%, a w związku z tym powstająca warstewka tlenkowa będzie miała słabsze właściwości ochronne. Narzucającym się sposobem wybrnięcia z tego kłopotu jest pokrycie łopatki warstwą ochronną (rys. 22.2). Robi się to zwykle przez natryskiwanie na powierzchnię łopatki kropelek aluminium, tak aby utworzyły warstwę grubości kilku mikrometrów. Łopatkę wygrzewa się następnie w piecu, aby spowodować dyfuzję Al do Ni. W czasie tego procesu część Al tworzy fazy międzymetaliczne z niklem, jak np. AlNi - które same już stanowią dobrą barierę chroniącą przed utlenianiem Ni - podczas gdy reszta Al utlenia się, tworząc A1₂0₃, który - jak to wynika z naszych danych dotyczących szybkości utleniania - winien stanowić bardzo dobrą barierę przed utlenianiem, nawet w bardzo wysokich temperaturach (0,77_M dla Al = 653 K, 380°C). Dodatkową zaletą stosunkowo grubej warstwy AlNi, która się tworzy, jest jej słabe przewodnictwo cieplne - co pomaga odizolować metal chłodzonej wewnątrz łopatki od gorących gazów i pozwala dodatkowo nieco zwiększyć temperaturę pracy łopatki.

Po natryskiwaniu

—^

. - Stop Ni

_--ai₂o₃

Po wyżarzaniu * * ax"z dyfuzyjnym _Al Ni, i inne związki

- * " • ' •

.....„ s _x , Stop Ni

Rys. 22.2. Ochrona łopatek turbiny przez natryskiwanie aluminium

Inne pokrycia, jakkolwiek trudniejsze do wykonania, mogą być jeszcze bardziej atrakcyjne. AlNi jest kruchy, więc istnieje ryzyko jego odpryskiwania od powierzchni łopatki i eksponowania nie chronionego metalu. Istnieje możliwość wytworzenia połączenia dyfuzyjnego warstwy stopu Ni-Cr-Al z powierzchnią łopatki (przez natryskiwanie proszku lub wprasowanie cienkiej folii i wygrzewanie), dające plastyczne pokrycie, które wytwarza bardzo dobrze chroniącą warstewkę tlenków.

A

/e*t ujtłKł.duforn Uo?₀    c*JU

/if-cov    ⁵

i

gWtOm.

e

f OW

_