بررسي اثر پوشش فلزي بر تشكيل ترك خستگي حرارتي در سوپرآلياژ پايه نيكل با ريزساختار انجماد جهت‌دار

مقدمه: امروزه از سوپرآلياژهاي پايه نيكل به دليل خواص مكانيكي بالا در قطعات داغ توربين هاي گاز و موتورهاي هوايي استفاده مي شود. اين قطعات داغ حين سرويس و به دليل نوسان هاي دمايي، تنش هاي ناشي از ارتعاش و دوران تحت مكانيزم هاي تخريبي نظير خستگي دماي بالا، خستگي حرارتي و اكسيداسيون قرار مي گيرند. لذا براي افزايش عمر اين قطعات از روش هاي مختلفي استفاده مي شود. استفاده از پوشش سد حرارتي فلزي و سراميكي و نيز كاهش تعداد مرزهاي دانه به كمك ريخته گري ريزساختار هاي انجماد جهت دار و تك بلور از جمله روش هاي متداول است.  روش : در اين پژوهش اثر پوشش فلزي بر تشكيل ترك خستگي حرارتي در يك سوپرآلياژ پايه نيكل با ريزساختار انجماد جهت دار بررسي شد. نمونه هاي ديسكي شكل از استوانه هاي ريخته شده سوپرآلياژ با ريزساختار انجماد جهت دار تهيه شد. نيمي از نمونه ها بدون پوشش و نيم ديگر به صورت پوشش داده شده با  پودر CoNiCrAlY و به روش HVOF، تحت آزمون هاي خستگي حرارتي با سيكل هاي حرارتي يك ساعته بين دو دماي 400℃و 800℃به تعداد 24، 48، 96، 150 سيكل قرار گرفت. آزمون ها داخل كوره  باكسي مجهز به كنترل كننده دقيق شيب حرارتي انجام شد.  پس از خارج شدن نمونه ها از كوره مذكور، تغييرات وزن آنها نسبت به حالت اوليه با دقت 4-^10 g اندازه گيري شد. از روش پراش پرتو ايكس براي شناسايي فازها و از ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي مجهز به حسگر EDS براي بررسي تاثير پوشش و اجزاي ساختاري بر تشكيل ترك هاي خستگي حرارتي استفاده شد.يافته ها: تغييرات وزن در نمونه هاي پوشش دار حدود 100 برابر كمتر از نمونه هاي بدون پوشش است. هنگام انجماد، با تشكيل ذرات كاربيدي در سوپر آلياژ، گراديان غلظتي عناصر آلياژي، در فصل مشترك ذره كاربيدي و زمينه اتفاق مي افتد. در نتيجه با اكسيداسيون ترجيحي عناصر آلياژي نظير كروم، نيكل و تيتانيوم در اين فصل مشترك، فازهاي سوزني شكل اكسيدي ايجاد شدند. همزمان با نفوذ اكسيژن به سطح فاز γ’ اكسيد شده و منطقه تهي از γ’ به وجود مي آيد. با تشكيل فازهاي اكسيدي، حفرات اكسيدي و از به هم پيوستن اين حفرات شيارهاي ريز تشكيل مي شود. گسترش ترك ها از بهم پيوستن شيارهاي اكسيدي و از سطح نمونه اتفاق مي افتد. در نمونه هاي پوشش دار با اكسيد شدن آلومينيم در سطح پوشش، غلظت آلومينيم در پوشش كاهش يافته حفرات اكسيدي و ريز ترك درون پوشش ايجاد مي شود. ميزان فاز اكسيدي و اندازه متوسط آنها نسبت به نمونه بدون پوشش كاهش يافته است. كاهش همزمان غلظت نيكل و آلومينيم درون زيرلايه و در مجاورت فصل مشترك، باعث انحلال فاز γ’ در فاز γ مي شود و در نتيجه منطقه تهي از فاز γ’ ايجاد مي شود.نتيجه گيري: مشاهده شد كه با اعمال پوشش، محل تشكيل ترك از سطح نمونه به فصل مشترك پوشش و زيرلايه منتقل مي شود. در نمونه هاي بدون پوشش تشكيل ترك به دليل اكسيداسيون ذرات كاربيدي، شكسته شدن آنها و تشكيل حفره هاي اكسيدي است. در حالي كه در نمونه پوشش دار با انحلال فاز γ’ استحكام فصل مشترك پوشش و زيرلايه كاهش يافته و ترك در امتداد فصل مشترك تشكيل مي شود.