UNSM공정이 Pt-modified aluminide coating 온도와 cyclic oxidation에 미치는 영향

Abstract

Ni-based superalloy에 Pt modified 전기도금 층을 입혔으며 Al을 확산코팅 하기 전에 백금 층에 적용한 UNSM (Ultrasonic Nanocrystalline Surface Modification) 공정이 cyclic oxidation 저항의 증가와 코팅 온도 저하에 미치는 영향을 알아보았다. Ni-based super alloy 표면에는 10-11μm의 백금 층이 전기 도금되었으며 열처리에 의한 합금 내부로부터의 Ni확산으로 Ni-Pt합금이 만들어졌다. Ni-Pt 합금 층 표면 위에 UNSM공정에 의한 기계적인 힘이 가해져 grain이 나누어지고 sub-grain이 만들어졌다. UNSM공정으로 Ni-Pt합금 층의 grain size는 작아지고 그 표면은 보다 평활하게 되어 roughness가 적어졌다.. 750, 850, 950와 1050 °C에서 Al 확산코팅 하였을 때, UNSM 처리된 Pt-modified aluminide coating은 미처리된 것보다 Al을 보다 많이 uptake 하였다. 상대적으로 처리 온도가 낮은 750°C 와 850°C에서에서는 Pt의 확산이 충분하지 않았기 때문에 UNSM 처리가 안 된 경우 Pt-modified aluminide coating에서 한개의 two-phase(NiAl + PtAl2) 영역만 생성되었다. 반면에, UNSM 처리된 후 만들어진 Pt-modified aluminide coating 층은 같은 온도에서 그 two-phase 영역과 그 밑에 PtAl2로 이루어진 one-phase 영역을 가졌다. 이는 UNSM으로 보다 많이 형성된 grain boundary를 통하여 내부로의 Pt 확산이 빨라졌기 때문이었다. 더욱 UNSM 처리된 시편은 보다 평활한 표면을 가져서 형성된 산화물 rumpling의 크기를 작게 만들었다. 반복산화시험 (cyclic oxidation test)결과, UNSM처리되고 750°C와 850°C에서 Pt-modified aluminide coating된 합금이 UNSM 처리 안 되고 1050°C에서 Pt-modified aluminide coating된 합금 보다 우수한 내 산화성을 보였다. UNSM 처리가 aluminide coating 온도를 낯출 수 있었다. UNSM처리 안된 Pt-modified aluminide coating에서 생성된 거친 산화물 표면에는 반복 산화에 의한 불균일한 stress 분포가 생기고 그로 인한 균열이 만들어져 Al의 소모가 심하게 되었다. Al 소모에 의해 반복 산화 반응 동안 β-NiAl로부터 γ’-Ni3Al로 상변화가 빠르게 진행되면서 부피변화가 일어났다. 그 부피변화가 thermally grown oxide (TGO)와 코팅층 사이에 strss를 증가시키기 때문에 UNSM처리 안된 Pt-modified aluminide coating에서 TGO의 파괴는 계속 진행되었다.