تشكيل و ارزيابي ريزساختاري پوشش سيليسيم آلومينايد حاصل از نفوذ هم‌زمان به‌روش سمانتاسيون جعبه‌اي در دماي بالا

Formation and Microstructural Characterization of Co-Deposited Silicon Aluminide Coating Produced by Pack Cementation Process at High Temperature

در اين پژوهش ايجاد يك پوشش سيليسيم آلومينايدي روي ابرآلياژ پايه نيكل IN738LC، با استفاده از نفوذ هم‌زمان بررسي شده است. به‌منظور دست‌يابي به شرايط بهينه پوشش­ دهي با استفاده از يك نرم­ افزار ترموشيميايي پيش­بيني شد كه مي­ توان با استفاده از پودر NH4Cl به‌عنوان فعال كننده، به يك پوشش سيليسيم آلومينايد در دماي 900 درجه سانتي‌گراد دست يافت. از دو مخلوط پودري با تركيب 7Si-14Al-(1-3)NH4Cl-Al2O3 (برحسب درصد وزني) و 16Si-4Al-(1-3)NH4Cl-Al2O3 (به‌ترتيب با نسبت Si/Al ۰/۵ و 4) استفاده شد. نتايج نشان داد كه هر دو پوشش داراي ساختاري چند لايه و متشكل از فاز غالب AlNi2Si مي­ باشند. در پوشش حاصل از مخلوط پودري با نسبت 5/ 0=Si/Al، يك لايه­ ي متخلخل و ترد از فاز NiSi روي سطح تشكيل مي­شود كه خواص مكانيكي پوشش را تا حدي كاهش مي­ دهد. هم‌چنين در مراحل اوليه فرايند، نفوذ به داخل آلومينيوم غالب است و در ادامه با نفوذ درون‌گراي سيليسيم، به‌تدريج فاز NiAl به فاز AlNi2Si و در نهايت NiSi تبديل مي‌شود. نمونه پوشش‌دهي شده با استفاده از مخلوط با نسبت 4=Si/Al شامل فاز مطلوب AlNi2Si و عاري از فاز ترد NiSi بهترين مشخصه ­هاي ريزساختاري را از خود نشان داد.

In this study, creation of a silicon aluminide coating on IN738LC nickel-based superalloy has been investigated, using co-deposition process. Thermochemical calculations indicated the possibility of obtaining a silicon aluminide with NH4Cl activated pack powder at 900°C, in order to achieve coating with desirable structures. Two powder mixtures with nominal compositions of 7Si-14Al-(1-3) NH4Cl-Al2O3 (wt. %) and 16Si-4Al-(1-3) NH4Cl-Al2O3 (4 and 0.5 Si/Al ratios, respectively) were used. According to the results, both coatings showed multi-layered structures containing AlNi2Si as dominant phase. In coating created by pack powder with Si/Al ratio of 0.5, a porous and brittle layer of NiSi was formed on the surface which deteriorated the mechanical properties of coating to some extent. It was found that inward diffusion of Al was dominant at the first stage, while afterward, inward diffusion of Si led to conversion of NiAl phase to AlNi2Si and, finally, to NiSi phase. Eventually, the sample coated by Si/Al=4, showed superior microstructural characteristics, containing desirable AlNi2Si phase without undesirable brittle NiSi phase.