بررسی مشخصات ریزساختاری آلیاژ Ni70-Al15-Mo15 فرآوری شده به روش متالورژی پودر و ارزیابی فازهای اکسیدی تشکیل شده در نتیجه اکسیداسیون در دمای ℃ 300

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشیار، گروه علوم پیشرفته، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

4 دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در این پژوهش، آلیاژ پایه نیکل با ترکیب نیکل (70 درصد وزنی) – آلومینیم (15 درصد وزنی) – مولیبدن (15 درصد وزنی) با استفاده از فرایند آسیاب­کاری مکانیکی و سپس تف­جوشی به روش پلاسمای جرقه­ای تولید شد. به‌منظور ارزیابی مقاومت به اکسیداسیون، نمونه­ها تحت آزمایش اکسیداسیون در دمای ℃ 300 برای مدت زمان­های 12 و 96 ساعت قرار گرفتند. بررسی ریزساختاری نشان داد که مولیبدن در تشکیل محلول جامد یا شکل­گیری فاز اکسیدی شرکت نکرده است. مناطق فازی غنی از مولیبدن با تشکیل لایه­های محافظت­کننده اکسیدی در سطح آلیاژ، مقاومت به اکسیداسیون را در آن نواحی افزایش داده­اند. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که اکسیژن و فازهای اکسیدی حداکثر دو میکرون در سطح نمونه نفوذ کرده­اند. از طرفی، در نمونه‌های اکسیدی افزایش قابل توجهی در جرم رخ نداده است بطوریکه حداکثر افزایش جرم در نمونه اکسید شده در دمای ℃ 300 به مدت 12 ساعت تقریبا برابر با 25/0 درصد بوده است و همچنین فازهای اکسیدی تشکیل‌شده بر روی سطح نمونه دارای سختی پایین­تری نسبت به فازهای اولیه غیر اکسیدی هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Habashi F. Nickel, Physical and Chemical Properties. In: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA, editors. Encyclopedia of Metalloproteins. New York, NY: Springer New York; 2013. p. 1520-.
[2] Everhart J. Engineering properties of nickel and nickel alloys: Springer Science & Business Media; 2012.
[3] Trubcheninova AI, Abramov AV, Alimgulov RR, Polovov IB, Volkovich VA. The Effect of Microstructural Changes in Nickel-Based Alloys on Their Corrosion Resistance in Molten Halides: A Consideration of Prospective Structural Materials for Molten Salt Reactors. Applied Sciences. 2025;15(9):4753.
[4] Zhang HK, Yao Z, Judge C, Griffiths M. Microstructural evolution of CANDU spacer material Inconel X-750 under in situ ion irradiation. Journal of Nuclear Materials. 2013;443(1-3):49-58.
[5] Zhang HK, Yao Z, Morin G, Griffiths M. TEM characterization of in-reactor neutron irradiated CANDU spacer material Inconel X-750. Journal of Nuclear Materials. 2014;451(1-3):88-96.
[6] Lee H-T, Hou W-H. Development of fine-grained structure and the mechanical properties of nickel-based Superalloy 718. Materials Science and Engineering: A. 2012;555:13-20.
[7] Lu X, Ma Y, Wang D. On the hydrogen embrittlement behavior of nickel-based alloys: Alloys 718 and 725. Materials Science and Engineering: A. 2020;792:139785.
[8] Desale GR, Paul C, Gandhi BK, Jain S. Erosion wear behavior of laser clad surfaces of low carbon austenitic steel. Wear. 2009;266(9-10):975-87.
[9] Goodfellow A, Galindo-Nava E, Christofidou K, Jones N, Boyer C, Martin TL, et al. The effect of phase chemistry on the extent of strengthening mechanisms in model Ni-Cr-Al-Ti-Mo based superalloys. Acta Materialia. 2018;153:290-302.
[10] Liu X, Hu R, Yang C, Bai J, Ma R. Microstructure evolution and strengthening mechanism of γ′-strengthening superalloy prepared by laser powder bed fusion. Materials Science and Engineering: A. 2023;871:144915.
[11] Wang Z, Zhang L, Li W, Qin Z, Wang Z, Li Z, et al. High throughput experiment assisted discovery of new Ni-base superalloys. Scripta Materialia. 2020;178:134-8.
[12] Wu Y, Li C, Xia X, Liang H, Qi Q, Liu Y. Precipitate coarsening and its effects on the hot deformation behavior of the recently developed γ'-strengthened superalloys. Journal of Materials Science & Technology. 2021;67:95-104.
[13] Xu J, Lin X, Guo P, Yang H, Xue L, Huang W. The microstructure evolution and strengthening mechanism of a γ′-strengthening superalloy prepared by induction-assisted laser solid forming. Journal of Alloys and Compounds. 2019;780:461-75.
[14] Zhang Y, Li J, Yu H, Sun J, Wang Z, Wang Q. Effect of Ti/Nb/Ta addition on high-temperature microstructural stability of coherent γ/γ′ in Ni–Al–(Cr,Mo,W) superalloys. Journal of Materials Research. 2023;38(3):729-40.
[15] Wang T, Sheng G, Liu Z-K, Chen L-Q. Coarsening kinetics of γ′ precipitates in the Ni–Al–Mo system. Acta Materialia. 2008;56(19):5544-51.
[16] Li M, Zhao W, Ru Y, Pei Y, Li S, Gong S. Synergistic effects of Al and Mo on coarsening kinetics of Ni-based superalloys at 1200°C. Materials Research Letters. 2025;13(2):113-21.
[17] Nazmy M, Epishin A, Link T, Staubli M. A review of degradation in single crystal nickel based superalloys. Energy Materials. 2006;1(4):263-8.
[18] Klein L, Bauer A, Neumeier S, Göken M, Virtanen S. High temperature oxidation of γ/γ′-strengthened Co-base superalloys. Corrosion Science. 2011;53(5):2027-34.
[19] Han B, Ma Y, Peng H, Zheng L, Guo H. Effect of Mo, Ta, and Re on high-temperature oxidation behavior of minor Hf doped β-NiAl alloy. Corrosion Science. 2016;102:222-32.
[20] Park S-J, Seo S-M, Yoo Y-S, Jeong H-W, Jang H. Effects of Al and Ta on the high temperature oxidation of Ni-based superalloys. Corrosion science. 2015;90:305-12.
[21] Yang H-Z, Zou J-P, Shi Q, Dai M-J, Lin S-S, Du W, et al. Analysis of the microstructural evolution and interface diffusion behavior of NiCoCrAlYTa coating in high temperature oxidation. Corrosion Science. 2019;153:162-9.
[22] Ning H, Wang D, Wang B, Liu G. Investigations on the NiAl–Cr (Mo) eutectic alloy with optimized microstructure and improved room-temperature compressive properties. Materials Science and Engineering: A. 2021;813:141138.
[23] Shang Z, Shen J, Wang L, Du Y, Xiong Y, Fu H. Investigations on the microstructure and room temperature fracture toughness of directionally solidified NiAl–Cr (Mo) eutectic alloy. Intermetallics. 2015;57:25-33.
[24] Yu M, Zhou D, Pu J, Cui T, Li C. Effect of Zr, Ti, Ta and Mo addition on high-temperature oxidation and hot corrosion behavior of NiAlY alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2022;908:164614.
[25] Shang Z, Liu T, Shen J, Bai W, Dong X, Yang J. Effects of Ta Addition on the Microstructure, Compression Properties and Oxidation Resistance of NiAl-Cr(Mo) Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2025;34(12):11615-25.
[26] German RM. Powder metallurgy science. (No Title). 1984.
[27] Babalola BJ, Shongwe MB, Maledi N, Jeje SO, Ayodele OO, Lawan AR, et al. Effect of Nanocrystalline Nickel Powder and Co, Mo, Ta, and Al Additions on Isothermal Oxidation Behavior of Ni–17Cr Alloy. Metallography, Microstructure, and Analysis. 2020;9(1):75-85.
[28] Zhang Q, Li C-J, Wang X-R, Ren Z-L, Li C-X, Yang G-J. Formation of NiAl Intermetallic Compound by Cold Spraying of Ball-Milled Ni/Al Alloy Powder Through Postannealing Treatment. Journal of Thermal Spray Technology. 2008;17:715-20.
[29] Raghavan V. Al-Mo-Ni (Aluminum-Molybdenum-Nickel). Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2006;27(4):393.
[30] Sankaranarayanan SK, Ramanathan S. Molecular dynamics simulation study of nanoscale passive oxide growth on Ni-Al alloy surfaces at low temperatures. Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. 2008;78(8):085420.
[31] Li Q, Zhang H, Cheng Y, Wang F, Sun Y, Zhang H. Microalloying effects of Y on performance of cast nickel-based superalloy IN713C. Journal of Materials Research and Technology. 2023;26:3353-67.
[32] Sun SD, Liu Q, Brandt M, Luzin V, Cottam R, Janardhana M, et al. Effect of laser clad repair on the fatigue behaviour of ultra-high strength AISI 4340 steel. Materials Science and Engineering: A. 2014;606:46-57.
[33] Xu S, Wang J, Peng J, Guo X, Liu L, Xu Z, et al. Isothermal Oxidation Resistance of As-cast NiAl and NiAl-(Cr, Mo) Eutectic Alloys at 1000°C. JOM. 2024;76(12):7198-208.