صفحه اصلی

آرشیو مقاله ها

آرشیو اخبار

همکاری با ما

تماس با ما
 
عنوان خبر
 
  
 
سامانه جمع آوری خودکار تجهیزات IT
افرنگ نیوز مجله زندگی
ماشین ایرانی
elham_fitnees_cool
فروشگاه رایکا
فروشگاه رایکا
هر روز صبح جدیدترین اخبار در افرنگ نیوز کلیک کنید ...
روش آلومينايزينگ فاز گازي براي پوشش يك سوپر آلياژ پايه نيكل
تعداد بازدید : 1591
 
 

چكيده:
جهت افزايش مقاومت به اكسيداسيون كانالهاي خنك كنندة پره‌هاي متحرك توربين‌هاي گازي، ايجاد پوشش مناسب بر روي اين كانالها ضروري است.
در كار حاضر براي بررسي عمليات پوشش، نمونه‌هايي از جنس سوپر آلياژ پايه نيكل GTD-111 تهيه شد و عمليات آلومينايزينگ فاز گازي (Gas Phase Aluminizing)  بر روي آنها انجام شد.
بررسي نتايج حاكي از ايجاد يك پوشش دو منطقه‌اي مي‌باشد كه لايه خارجي آن آلومينايد است. يكنواختي ضخامت پوشش در طول نمونه در حد مطلوب است. افزايش دما و زمان عمليات پوشش در محدوده تعيين شده آزمايشگاهي، باعث افزايش ضخامت پوشش مي‌گردد.
Abstract:
‏To increase the oxidation resistance of cooling air foils of gas turbine moving blades، this channels need to be coated with suitable materials.
In this work، coating was performed via gas phase aluminizing on samples made of GTD-111 nickel base super alloys.
Results showed that the coating was comprised of two distinct zones in which the outermost layer was nickel aluminide، with a very uniform case depth. Increasing the temperature and time of the coating operation resulted in an increase in the case depth.
 
1- مقدمه:
در طراحي و ساخت بعضي از انواع پره‌هاي متحرك توربين‌هاي گازي كه در شرايط كاري خود در معرض درجه حرارت بسيار بالا (براي افزايش راندمان توربين) قرار دارند، كانالهايي براي عبور يا گردش هواي خنك كننده تعبيه شده كه درهنگام كار توربين، عبور هوا از مسير اين كانالها از افزايش بيش از حد درجه حرارت سطح پره واثرات مخرب ناشي از آن (خوردگي داغ و اكسيداسيون) جلوگيري مي‌كند. ]1[
بطور كلي دماي سطح پره بايد زير  ?C950 باشد و در اين راستا براي گازهاي تا دماي  ?C  1150، از هوا جهت خنك كردن استفاده مي‌شود. ]2[
با توجه به بالا بودن دماي سطوح داخلي كانالها و تماس مستقيم هواي عبوري با آنها وقوع اكسيداسيون در اين سطوح بسيار محتمل بوده و از اين رو براي جلوگيري از اكسيداسيون زود هنگام، سطوح داخلي كانالها را بايد پوشش داد.
با توجه به عدم دسترسي آسان به داخل كانالها (قطر بعضي كانالهاي خنك كننده به 002/0 اينچ هم مي‌رسد)، اغلب روش‌هاي پوشش دهي پره توربين مثل رسوب از فاز بخار (PVD)  و سمنتاسيون پودري (Pack Cementation) قابل استفاده نيستند. روش مناسب براي اين كار، استفاده از روش آلومينايزينگ فاز گازي است. در اين روش از همان واكنش‌ها و شرايط روش سمنتاسيون پودري استفاده مي‌شود منتهي نمونه جدا از پودر قرار مي‌گيرد. ]3 و4[
تركيب پودر، دما و زمان آلومينايزينگ بر كيفيت پوشش و همچنين ضخامت آن موثر است پوشش‌ها از طريق فعاليت پايين (اكتيويته پايين منبع Al) ايجاد مي‌گردند. ساختار اين نوع پوشش از يك منطقه سطحي پوشش و يك منطقه بين نفوذي با ساختار ستوني تشكيل مي‌شود و فاز اصلي تشكيل شده در پوشش ?-NiAl)) مي‌باشد. (شكل1) ]5و6[
در اين تحقيق، پوشش به روش فاز گازي بر روي سوپر آلياژ پايه نيكل (GTD-111) -آلياژ مورد استفاده در ساخت پره‌هاي متحرك رديف اول توربين‌هاي گازي- مورد بررسي قرار گرفته است. اين عمليات در تركيب‌هاي پودر، دما و زمانهاي مختلف انجام شده و پوشش حاصل بررسي شده است.

2- روش تحقيق
2-1 آلياژ مورد استفاده و آماده سازي نمونه‌ها
در اين تحقيق، نمونه‌هايي از سوپر آلياژ GTD-111 با ابعاد تقريبي 7×7×130 ميليمتر و سوراخي به قطر 4 ميليمتر در جهت طولي نمونه و درست در مركز نمونه تهيه شد. تركيب
شيميايي اين سوپر آلياژ در جدول 1 آورده شده است.

2-2 عمليات پوشش
آلومينايزينگ به روش فازگازي (gas phase aluminizing) و در دماهاي  1000، 1025، 1050 و 1093 درجه سانتيگراد انجام شد. پودرهاي مورد استفاده داراي چند تركيب مختلف بودند كه در جدول2 ارائه شده‌اند.  قبل از آلومينايزينگ، نمونه‌ها اسيد شويي و كاملا خشك شدند.
دستگاه مورد استفاده براي اين كار از دو محفظه تشكيل شده است كه يكي از محفظه‌ها جهت انجام عمليات پوشش و ديگري جهت قرار گرفتن مخلوط پودر در نظر گرفته شده است. در دستگاه موردنظر از دو كپسول آرگون استفاده مي‌شود. يكي از كپسولها جهت محفظه پوشش و ديگري براي محفظه پودر- جهت انتقال گازهاي حاصل از تبخير مخلوط پوشش به داخل نمونه - مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
پس از جايگيري نمونه، دستگاه در كوره قرار گرفته و محيط دستگاه توسط دمش گاز آرگون شستشو داده مي‌شود. دبي گاز آرگون براي محفظه كوچك و بزرگ دستگاه بترتيب  L/min 1 و  L/min 4 مي‌باشد.
پس از پايان عمليات پوشش، كوره خاموش و نمونه با سرعت كاهش دماي كوره سرد شد.
شرايط آزمايشگاهي عمليات آلومينايزينگ بر روي نمونه‌ها، در جدول 2 آورده شده‌اند.

2-3 بررسي‌هاي ريزساختاري
براي بررسي ريزساختار نمونه‌ها از ميكروسكوپ نوري و الكتروني استفاده شده است. از هر نمونه سه مقطع در فواصل 2، 6 و 10 سانتيمتر از لبه ورودي نمونه تهيه شده است.
نمونه‌هاي مورد استفاده براي متالوگرافي، ابتدا مانت شده و سپس بترتيب با سمباده‌هاي 180 الي 1000 سمباده زني شدند. پس از آن با استفاده از خمير الماس 3 و 1 ميكرون ، سطح نمونه‌ها پوليش شده و سپس درمحلول ml) 50 HNO3 (+ml) 50 HCl (+ml) 50( گليسرول اچ شدند.
ضخامت پوشش در محل‌هاي ذكر شده در بالا بوسيله ميكروسكوپ نوري و دستگاه تحليل‌گر اندازه‌گيري شد و جهت تعيين يكنواختي مورد بررسي قرار گرفت. براي بررسي تركيب شيميايي پوشش از ميكروسكوپ الكتروني (SEM) مجهز به سيستم (EDX) استفاده شد.

 
3- نتايج و بحث:
تصاوير ميكروسكوپي سه مقطع پوشش نمونه 4 در شكل 2 نمايش داده شده است.
شكل 3 نيز تصوير ميكروسكوپي مقطع شماره 1 از نمونه 1 را نمايش مي دهد.
در شكل 2 ضخامت كل پوشش مقاطع 1، 2 و 3 به ترتيب 43، 41و38 ميكرون و ضخامت لايه نفوذي آنها بترتيب 17،15و14 ميكرون مي‌باشد. از نتايج بدست آمده واضح است كه اختلاف ضخامت مقاطع مختلف پوشش ناچيز است. بنابراين با روش آلومينايزينگ فاز گازي و استفاده از تركيب پودر، دما و زمان مناسب مي‌توان پوشش يكنواختي را براي كانالهاي خنك كننده پره‌هاي توربين گازي ايجاد كرد.
همچنين از مقايسه شكل‌هاي 2 و 3 واضح است كه تغيير در دماي آلومينايزينگ (50 درجه سانتيگراد)، تغيير عمده‌اي در ساختار پوشش ايجاد نمي‌كند.
تصوير الكترونهاي برگشتي (BSE)  مربوط به پوشش نمونه 3 در شكل 4 نشان داده شده است. همانگونه كه در اين شكل مشاهده مي‌گردد، پوشش مورد مطالعه از دو منطقه اصلي تشكيل شده كه عبارتند از منطقه نسبتاً يكنواخت در قسمت خارجي (منطقه سطحي پوشش) و منطقه ستوني در فصل مشترك پوشش با زمينه كه همان منطقه بين نفوذي (interdiffusion) مي‌باشد. سطح اوليه نمونه درمركز پوشش قرار دارد. نفوذ نيكل به طرف  خارج در منطقه داخلي پوشش، منجر به فوق اشباع شدن آن منطقه از عناصر آلياژي مي‌گردد و لذا فازهاي مختلف بين فلزي مي‌تواند تشكيل شود. امكان و ميزان رسوب به ميزان حلاليت عناصر موجود در NiAl مربوط مي‌شود. اين رسوبات مي‌توانند بعنوان مانعي در مقابل نفوذ Al در NiAl  عمل كنند و بنابراين خواص آلياژ را در حين كار حفظ كنند.
آناليز عنصري منطقه سطحي پوشش كه به كمك سيستم EDX انجام شده، در جدول 3 نشان داده شده است. نتايج آناليز نشان دهنده يك پوشش شامل 84/20 درصد وزني آلومينيوم و 2/59 درصد وزني نيكل مي‌باشد‏، اين معادل حدود 43 درصد اتمي آلومينيوم و 57 درصد اتمي نيكل مي‌باشد؛ كه با توجه به تركيب شيميايي آلياژ GTD-111 و مشاهده شكل 4 وجود پوشش غني از آلومينيوم محرز مي‌باشد. درصدهاي ذكرشده به تركيب آلومينايد (NiAl) نزديك مي‌باشند و توسط محققين ديگر نيز گزارش شده است ]7[. اختلاف درصد اتمي از 50/50 درصد نيز به خاطر جذب بخشي از طيف ويژه Al توسط عناصر سنگين‌تر موجود در پوشش مي‌باشد.
نتايج حاصل از اندازه‌گيري ضخامت پوشش در جدول 4   گردآوري شده است همچنين شكل‌هاي 5 و 6 منحني‌هاي تاثير دما و زمان عمليات پوشش را بر روي ضخامت پوشش نشان مي‌دهد.
همانگونه كه در شكل 5 ديده مي‌شود با افزايش دماي عمليات پوشش در مدت ثابت 6 ساعت، ضخامت پوشش افزايش مي‌يابد. اين افزايش دما نبايد از حدود?C 1150 (حد بالايي دماي روش آلومينايزينگ فاز گازي سوپر آلياژ پايه نيكل جهت رسيدن به ساختار موردنظر) بالاتر رود.
شكل 6 بيانگر تغييرات ضخامت پوشش آلومينايد با زمان عمليات در درجه حرارت 1050 درجه سانتيگراد مي‌باشد. افزايش ضخامت پوشش با زمان انجام عمليات آلومينايزينگ واضح مي‌باشد.

4- نتيجه گيري
در روش آلومينايزينگ فاز گازي با انتخاب مناسب تركيبات موجود در مخلوط پودر، مي‌توان پوششي با يكنواختي در حد مطلوب بدست آورد.
با افزايش دماي عمليات آلومينايزينگ، ضخامت پوششي تقريباً بطور خطي افزايش مي‌يابد و تا قبل از رسيدن به يك حد بالايي، تغيير ساختاري در پوشش مشاهده نمي‌كنيم.
با افزايش زمان عمليات آلومينايزينگ، ضخامت پوشش افزايش مي‌يابد.

 


مراجع
1- P.C. Felix: coating requirements for industrial gas turbines، materials and coatings to resist high temperature corrosion، Applied science publishers، 1978، P 199-212.
2- M.M.EL-Wakil، power plant technology، 1984، P 310-340.
3- G.W.Goward، progress in coatings for gas turbine airfoils، surface and coating technology، 1998، P 73-79.
4- G.Ganson; Metallurgical and ceramic protective coatings، 1996، P 236-257.
5- P.Streiff، Surface morphology of diffusion aluminide coatings، Thin solid films، 1984، P 291-300.
6- C. Duret et al، High temperature alloy for gas turbines، Reidel publishing Co، 1982، P 53-86.
7- E. Fitzer، H. J. Mauer: Diffusion and precipitation phenomena in aluminized and chromium-aluminized iron and nickel-base alloys، materials and coatings to resist high temperature corrosion، Applied science publishers، 1978، p 250-269.
 
جدول 1 – تركيب شيميايي سوپرآلياژ پايه نيكل GTD-111
Mo Al Ta W Ti Co Cr Ni
1.72 2.18 3.21 3.77 4.93 9.8 14.1 بقيه

جدول 2 – شرايط آزمايشگاهي كامل عمليات آلومينايزينگ

شماره نمونه زمان آلومينيايزينگ (ساعت) دماي آلومينيايزينگ
درجه‌سانتيگراد 
تركيب مخلوط پودر (برحسب درصد وزني)
1 6 1000 Al2O3 + 4% Na3AlF6 + 4% Al
2 6 1025 Al2O3 + 4% Na3AlF6 + 4% Al
3 2 1093 Al2O3 + 5% Na3AlF6 + 10% Al
4 6 1050 Al2O3 + 4% Na3AlF6 + 4% Al
5 6 1093 Al2O3 + 4% Na3AlF6 + 4% Al
6 6 1050 Al2O3 + 2% Na3AlF6 + 2% Al
7 8 1050 Al2O3 + 2% Na3AlF6 + 2% Al
8 10 1050 Al2O3 + 2% Na3AlF6 + 2% Al
9 12 1050 Al2O3 + 2% Na3AlF6 + 2% Al


جدول 3 – آناليز كمي به روش EDX از منطقه سطحي پوشش
 بقيه عناصر Ti Al Cr Co Ni Si عنصر
0.2 4.86 20.84 6.59 7.79 59.2 0.7 درصدوزني


جدول 4 – ضخامت مقاطع ابتدايي نمونه‌هاي 1 تا 9
9 8 7 6 5 4 2 1 نمونه
46 40 37 33 60 43 32 19 ضخامت (?m)

 

 

 
نویسنده: محمدرضا نصرت زاده-كمال جانقربان-محمد ابراهيم بحرالعلوم
مترجم :
منبع : دومين سمينار مهندسي مديريت نگهداري در صنعت
تاریخ :
مطالب مرتبط
 
 A.A.A/ صنعت جوشكاري – تنگناهاي توسعه پژوهش در صنعت نفت
 A.A.A/ چالش هاي انتقال فن آوري در صنعت نفت و راهكارهاي اجرائي
 A.A.A/ انگيزه‌ها، موانع و مشكلات انتقال و جذب فن‌آوري، راه‌حل ها و پيشنهادها
 A.A.A/ Technology and Methods of Local Well Casing Using Expandable Profiled Casing Pipes
 A.A.A/ صنعت جوشكاري – پيشرفت تكنولوژي و شرايط جديد كار
 
نظرات
 
نام : شهر :
   
 
عربلويي کرج
خواستم بگم براي پوشش cvd از همان پودر pack استفاده نميشود .
 
 
کلیه حقوق این وب سایت متعلق به شرکت فرا ارتباط می باشد