(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu chế tạo và đặc tính chống oxy hóa của lớp phủ bền nhiệt độ cao trên nền hợp kim niken ứng dụng cho tuốc bin khí

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐÀO CHÍ TUỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA LỚP PHỦ BỀN NHIỆT ĐỘ CAO TRÊN NỀN HỢP KIM NIKEN ỨNG DỤNG CHO TUỐC BIN KHÍ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐÀO CHÍ TUỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA LỚP PHỦ BỀN NHIỆT ĐỘ CAO TRÊN NỀN HỢP KIM NIKEN ỨNG DỤNG CHO TUỐC BIN KHÍ Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9.44.01.29 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Thị Hồng Liên GS.TS Hideyuki Murakami Hà Nội – 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa công bố tạp chí đến thời điểm ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày tháng năm Tác giả luận án Đào Chí Tuệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN! Lời với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Lê Thị Hồng Liên GS.TS Hideyuki Murakami dẫn quý báu định hướng nghiên cứu phương pháp luận tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án này! Tôi bày tỏ lời cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất thời gian để tơi hồn thành luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn tới chương trình hợp tác đào tạo NCS Viện Khoa học vật liệu Viện Khoa học vật liệu quốc gia Nhật Bản (NIMS) tạo điều kiện giúp đỡ thực nghiên cứu q báu phịng thí nghiệm Surface Kinetics Group TS Hideyuki Murakami NIMS Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đồng nghiệp Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA), Viện Khoa học vật liệu Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam chia sẻ, đóng góp kinh nghiệm quý báu để thực nghiên cứu Tôi đồng thời gửi lời cảm ơn sâu sắc đến đồng nghiệp nhóm nghiên cứu Surface Kinetics Group TS Hideyuki Murakami NIMS hỗ trợ thực nghiên cứu thiết bị tiên tiến nhóm Viện NIMS Và tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đồng nghiệp, bạn bè – người quan tâm, động viên suốt thời gian qua! Cuối cùng, tơi xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân người động viên tiếp sức cho thêm nghị lực để vững bước hồn thành luận án Tác giả Đào Chí Tuệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN! ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TUỐC BIN KHÍ VÀ LỚP PHỦ CHỊU NHIỆT TRÊN CÁNH TUỐC BIN KHÍ 1.1 Tuốc bin khí vật liệu sử dụng tuốc bin khí 1.1.1 Cấu tạo điều kiện làm việc tuốc bin khí 1.1.1.1 Cấu tạo tuốc bin khí mơi trường nhiệt độ cao tuốc bin khí 1.1.1.2 Hiện tượng ăn mòn ơxy hóa nhiệt độ cao cánh tuốc bin khí 1.1.2 Vật liệu sử dụng tuốc bin khí 14 1.1.2.1 Các hệ hợp kim công nghệ đúc cánh tuốc bin khí 15 1.1.2.2 Siêu hợp kim đơn tinh thể niken 16 1.2 Lớp phủ chịu ăn mòn ơxy hóa nhiệt độ cao cánh tuốc bin khí 18 1.2.1 Lớp phủ khuếch tán cánh tuốc bin khí 19 1.2.1.1 Sự khuếch tán hợp kim 19 1.2.1.2 Lớp thấm nhôm có cấu trúc pha β 21 1.2.1.3 Lớp thấm nhơm biến tính platin 23 1.2.1.4 Lớp thấm nhơm biến tính Pt có cấu trúc pha γ + γ’ 26 1.2.1.5 Lớp phủ khuếch tán nhơm biến tính Pt có cấu trúc pha γ + γ’ 27 1.2.1.6 Iridi khả sử dụng Ir lớp phủ khuếch tán nhôm 29 1.2.2 Lớp phủ không khuếch tán (overlay coating) cánh tuốc bin khí 30 1.2.3 Hệ lớp phủ cách nhiệt (TBCs) cánh tuốc bin kh 32 1.3 Các phương pháp chế tạo lớp phủ khuếch tán 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv 1.3.1 Phương pháp chế tạo lớp thấm nhôm 35 1.3.2 Phương pháp chế tạo lớp thấm nhơm biến tính với platin 38 1.3.3 Phương pháp chế tạo lớp phủ khuếch tán nhơm biến tính Pt 39 1.3.4 Phương pháp phun phủ bột nhão slurry 40 1.3.4.1 Lịch sử phương pháp 40 1.3.4.2 Thành phần hỗn hợp bột nhão dùng để tạo lớp phủ 42 1.4 Tình hình nghiên cứu lớp phủ chịu ơxy hóa nhiệt độ cao nước định hướng nghiên cứu Nghiên cứu sinh (NCS) 42 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Chuẩn bị mẫu hợp kim 45 2.1.1 Chuẩn bị thành phần cấu trúc hợp kim 46 2.1.2 Chuẩn bị bề mặt hợp kim 47 2.2 Chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 48 2.2.1 Mạ lớp màng Pt 49 2.2.1.1 Thông số bể mạ Pt 49 2.2.1.2 Quy trình thực lớp mạ Pt 50 2.2.2 Mạ lớp màng Pt-Ir 51 2.2.2.1 Thông số bể mạ Pt-Ir 51 2.2.2.2 Quy trình mạ lớp màng hợp kim Pt-Ir 52 2.2.3 Xử lý nhiệt tạo lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir 53 2.3 Chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt, Pt-Ir phương pháp phun phủ slurry 54 2.3.1 Chuẩn bị vật liệu phun phủ 54 2.3.1.1 Vật liệu bột Pt Pt-Ir 54 2.3.1.2 Hỗn hợp dung dịch chất mang chất kết dính 55 2.3.2 Quá trình tạo lớp phủ 55 2.3.3 Quy trình xử lý nhiệt khuếch tán tạo lớp phủ 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v 2.4 Các phương pháp nghiên cứu đặc tính chịu ơxy hóa nhiệt độ cao lớp phủ chịu nhiệt hợp kim niken 57 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu tốc độ ơxy hóa 58 2.4.1.1 Thiết bị thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ 58 2.4.1.2 Phương pháp xác định tốc độ ơxy hóa nhiệt độ cao 60 2.4.2 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) nghiên cứu thay đổi cấu trúc pha vật liệu 60 2.4.3 Nghiên cứu hình thái học bề mặt lớp phủ cấu trúc mặt cắt ngang lớp phủ hiển vi điện tử quét (SEM) 61 2.4.4 Nghiên cứu khuếch tán nguyên tố phân bố nguyên tố mặt cắt ngang lớp phủ phương pháp quét đường phổ tán xạ lượng EDS 62 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63 3.1 Chế tạo đặc trưng tính chất lớp phủ khuếch tán Pt/Pt-Ir hợp kim Ni-Al-Cr 64 3.1.1 Chế tạo đặc trưng tính chất lớp phủ Pt/Pt-Ir hệ hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 64 3.1.1.1 Kết chế tạo lớp mạ Pt Pt-Ir hợp kim Ni-16Al10Cr 64 3.1.1.2 Sự khuếch tán nguyên tố cấu trúc lớp phủ Pt/Pt-Ir sau xử lý nhiệt khuếch tán 66 3.1.1.3 Sự hình thành pha lớp phủ Pt/Pt-Ir 71 3.1.1.4 Đặc tính chịu ơxi hóa nhiệt độ cao lớp phủ Pt Pt-Ir hợp kim Ni-16Al-10Cr tổng hợp phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 73 3.1.2 Chế tạo đặc trưng tính chất lớp phủ Pt/Pt-Ir hệ hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr phương pháp phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 81 3.1.2.1 Thành phần lớp phủ Pt Pt-Ir 81 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi 3.1.2.2 Cấu trúc lớp phun phủ bột nhão Pt Pt-Ir sau xử lý nhiệt khuếch tán 82 3.1.2.3 Sự khuếch tán nguyên tố lớp phun phủ Pt Pt-Ir sau xử lý nhiệt khuếch tán 86 3.1.2.4 Sự hình thành pha lớp phun phủ Pt Pt-Ir sau xử lý nhiệt khuếch tán 88 3.1.2.5 Đặc tính chống oxi hóa chu kỳ nhiệt độ cao lớp phủ Pt PtIr hợp kim Ni-16Al-10Cr chế tạo phương pháp phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 88 3.1.3 Thảo luận 97 3.1.3.1 Ảnh hưởng Ir 97 3.1.3.2 Quá trình tạo pha lớp phủ 98 3.1.3.3 Ảnh hưởng phương pháp chế tạo 99 3.1.3.4 Hiện tượng tạo lỗ rỗng lớp phủ 100 3.2 Chế tạo đặc trưng tính chất lớp phủ khuếch tán Pt/Pt-Ir hợp kim UCSX-8 101 3.2.1 Kết chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir siêu hợp kim đơn tinh thể UCSX-8 phương pháp mạ điện phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán 101 3.2.1.1 Phương pháp mạ điện 101 3.2.1.2 Phương pháp phun phủ 102 3.2.2 Cấu trúc lớp phủ sau ủ khuếch tán 102 3.2.3 Khả chịu oxi hóa nhiệt độ cao lớp phủ 107 Kết luận chương 111 KẾT LUẬN CHUNG 113 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 116 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh ký hiệu Tên tiếng Việt TBCs Thermal Barrier Coattings Hệ lớp phủ cách nhiệt TGO Thermally-Grown Oxide Lớp ôxyt bảo vệ YSZ Yttria-stabilised zirconia Ơxyt Zirconi ổn định hóa oxyt yttri γ Gamma Pha gamma γ’ Gamma prime Pha gamma phẩy β Beta Pha bêta α Alpha Pha anpha δ Delta Pha denta DS Directionally Solidification Kết tinh định hướng SC Single crytstall Đơn tinh thể IDZ Interdiffusion zone Vùng khuếch tán trung gian TCP Topologically close-packed Cấu trúc topho xếp chặt LTHC Low temperature hot corrosion Ăn mịn nóng nhiệt độ thấp HTHC High temperature hot corrosion Ăn mịn nóng nhiệt độ cao PGMs Platin Group Metals Kim loại thuộc nhóm Platin CTEs Coefficient of Thermal Expansion hệ số giãn nở nhiệt LPPS Low-pressure plasma spray Phun plasma áp suất thấp APS Air plasma spray Phun plasma khơng khí PVD Physical vapour deposition Lắng đọng pha vật lí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii EBPVD Electron-beam physical vapour Lắng đọng pha vật lí deposition chùm điện tử CVD Chemical vapour deposition Lắng đọng hóa học PVA Polyvinyl alcohol Chất kết dính PVA SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét EDS Energy Dispersive Spectroscopy Phổ tán xạ lượng tia X SE Secondary electron Chùm điện tử thứ cấp BSE Backscatter electron Chùm điện tử tán xạ ngược XRD X-ray Diffraction Phổ nhiễu xạ tia X 2 Peak position in XRD Góc nhiễu xạ αAl Chemical activity of Al Hoạt tính hóa học nhôm Z Atomic number Số khối Z JAl Diffusion flux of aluminum Mật độ dịng khuếch tán nhơm at.% Atomic percent Thành phần nguyên tử wt.% Weight percent Thành phần phần trăm khối lượng O Celsius degree Độ C ph Minute Phút pH Acid number Độ pH C X-ray phần trăm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 111 Hình 3.48 Ảnh SEM/BSE cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp phủ chịu nhiệt chế tạo phương pháp phun phủ sau thử nghiệm 100 chu kì ơxy hóa 1150oC; (a) phun phủ Pt, (b) phun phủ Pt20Ir, (c) phun phủ Pt30Ir bề mặt lớp mạ Sự phát triển kích thước lỗ rỗng hạn chế so với lớp mạ Pt Đối với với lớp phun phủ Pt (hình 3.48-a), lỗ rỗng bề mặt lớp phủ liên kết lại với nhau, q trình oxi hóa tạo thành lớp oxit thứ cấp bên lớp phủ (internal TGO) Các lỗ rỗng lớp oxit thứ cấp làm cho bề mặt lớp phủ dễ bị bong tróc Như vậy, rõ ràng Ir lớp phun phủ có tác dụng làm giảm hình thành phát triển lỗ rỗng Kirkendall Đặc biệt, lớp phun phủ Pt20Ir có lỗ rỗng hình thành sau 100 chu kì thử nghiệm oxi hóa 1150 oC Kết luận chương Như vậy, kết thử nghiệm chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr siêu hợp kim thương mại hệ thứ UCSX-8 có nhiều điểm tương đồng Tổng hợp kết nghiên cứu chế tạo đặc trưng tính chất lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir hợp kim Ni-16Al-10Cr hợp kim thương mại UCSX-8, số kết luận rút sau: Các lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir chế tạo thành công hợp kim Ni-16Al-10Cr UCSX8 hai phương pháp: mạ điện phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán Trên bề mặt lớp phủ hình thành lớp ơxyt bảo vệ Al2O3 q trình khuếch tán ngược nhơm từ bên ngồi lớp phủ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 112 Phương pháp phun phủ bột nhão khắc phục tượng nứt bề mặt lớp phủ hợp kim Pt-Ir sử dụng để chế tạo lớp phủ với hàm lượng Ir khác Hàm lượng Ir lớp phủ ảnh hưởng đến trình khuếch tán nhôm bề mặt để tạo lớp ôxyt bảo vệ Các mẫu phủ Pt20Ir có lớp bề mặt với hàm lượng nhơm đạt khoảng 18-20 at.% có khả chịu ơxy hóa cao nhất, bề mặt bong tróc thay đổi khối lượng ổn định Khi tăng lượng Ir lớp phủ lên tính chất Hàm lượng Ir lớp phủ ảnh hưởng đến trình tạo pha lớp phủ Ir lớp phủ thúc đẩy hình thành dạng pha α -NiPt2Al Pha α chuyển biến thành pha γ’ trình làm việc nhiệt độ cao Đối với hợp kim thương mại UCSX8, Ir ảnh hưởng mạnh đến trình hình thành lỗ rỗng lớp phủ sau xử lý nhiệt khuếch tán kiểm tra ơxy hóa tới 100 chu kỳ Hàm lượng 20% Ir lớp phủ làm giảm rõ rệt tạo thành lỗ rỗng lớp phủ Khi tăng Ir lớp phủ lượng lỗ rỗng tăng lên Đối với hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr, tác dụng Ir giảm lỗ rỗng lớp phủ không rõ ràng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 113 KẾT LUẬN CHUNG Đã chế tạo thành công lớp phủ Pt Pt-Ir chịu ôxy hóa nhiệt độ cao hệ hợp kim niken ba nguyên Ni-16Al-10Cr siêu hợp kim Ni đơn tinh thể hệ thứ tư UCSX-8 phương pháp mạ điện phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán Trong đó, phương pháp phun phủ bột nhão có ưu điểm hơn, là, khắc phục tượng nứt bề mặt lớp phủ hợp kim Pt-Ir dễ dàng chế tạo lớp phủ với hàm lượng Ir khác Đã nghiên cứu tính chất đặc trưng giải thích chế bảo vệ lớp phủ Pt, Pt-Ir mơi trường oxy hóa nhiệt độ cao: Al khuếch tán ngược từ sát bề mặt lớp phủ, tạo thành lớp oxyt nhôm Al2O3 bảo vệ nền, chống lại ơxy hóa nhiệt độ cao; Pt nguyên tố hỗ trợ trình khuếch tán ngược nhơm, cịn Ir có tác dụng ổn định lớp phủ, làm giảm hình thành phát triển lỗ rỗng lớp phủ sau xử lý nhiệt khuếch tán Ảnh hưởng hàm lượng Ir đến chất lượng khả bảo vệ lớp phủ nghiên cứu: Ir làm chậm khuếch tán Al bề mặt, hạn chế tốc độ phát triển ổn định lớp ôxyt bảo vệ bề mặt Do đó, tăng hàm lượng Ir khả bảo vệ lớp phủ tăng lên, nhiên, tăng hàm lượng Ir đến 50% at làm khả khuếch tán ngược Al từ không tạo lớp ôxyt bảo vệ Lớp phủ Pt-Ir20 thể khả bảo vệ tốt mơi trường oxy hóa nhiệt độ cao Ir lớp phủ có khả làm chậm trình hình thành phát triển lỗ rỗng Kirkendall lớp phủ vùng khuếch tán Lớp phủ Pt20Ir thể khả giảm lỗ rỗng Kikendall tốt Cấu trúc lớp phủ sau ủ khuếch tán có dạng pha γ+ γ’/α(NiPt2Al) Pha α chuyển biến thành γ’ q trình thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ nhiệt độ cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 114 KIẾN NGHỊ Luận án nghiên cứu phát triển hệ vật liệu để chế tạo lớp phủ khuếch tán chịu nhiệt độ cao cánh tuốc bin khí, đó, phương pháp phun phủ bột nhão có khả ứng dụng Tuy nhiên, để ứng dụng vào thực tế, số vấn đề công nghệ cần nghiên cứu sâu sắc hơn: - Nghiên cứu ổn định chế độ phun để điều khiển chiều dày lớp phủ theo yêu cầu tạo lớp phun phủ đồng - Nghiên cứu thông số mạ để giảm tượng nứt vỡ lớp mạ hợp kim - Nghiên cứu ảnh hưởng tổng hợp yếu tố liên quan đến chất lượng lớp phủ lót Pt-Ir đến độ bền lớp phủ ceramic bên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 115 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Luận án có đóng góp sau: - Đã chế tạo thành công lớp phủ Pt Pt-Ir chịu ôxy hóa nhiệt độ cao hệ hợp kim niken ba nguyên Ni-16Al-10Cr siêu hợp kim Ni đơn tinh thể hệ thứ tư UCSX-8, sử dụng phương pháp mạ điện phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán - Đã đánh giá góp phần làm sáng tỏ vai trị Ir việc ổn định tăng độ bền ôxy hóa nhiệt độ cao lớp phủ Pt-Ir, mở khả ứng dụng lớp phủ này, nhằm tăng bền hạ giá thành cánh tốc bin khí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Đào Chí Tuệ, Akitoshi Wagawa, Akio Nagaoka, Hideyuki Murakami, Lê Thị Hồng Liên (2015), Cấu trúc khả chịu oxi hóa nhiệt độ cao lớp phủ khuếch tán Pt Pt-Ir siêu hợp kim Ni, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 53 (1B), 2015 497-458 Dao Chi Tue, Le Thi Hong Lien and Murakami; A study on microstructure and oxidation behavior of Pt and PtIr diffusion coating on Ni19Al10Cr ternary alloy; Proceedings of the 5th Asian Materials Data Symposium, 2016 Dao Chi Tue, Murakami and Le Thi Hong Lien, "The microstructure degradation and failure of high temperature oxidation resistance coatings of gas turbine", Proceeding of the 3rd ASEAN Conference on Failure Analysis and Inspection for Materials and Products 2018, p1-10, Print by Thailand Institute of Scientific and Technological Research, 2018, ISBN 978-974-9534-57-1 Dao Chi Tue, Hideyuki Murakami and Le Thi Hong Lien, “The Pt and PtIr diffusion bond-coating on ni base single crystal superalloy by electroplating method”; Vietnam Journal of Science and Technology, Vol.57, Issue (2019), 714-723 Dao Chi Tue, Te-Kang Tsao, Akira Ishida, Hideyuki Murakami and Le Thi Hong Lien, “Microstructure and Oxidation Behavior of Pt and PtIr Diffusion Coatings on Ni-Based Single Crystal Superalloy” Materials Transactions, Vol 61, No (2020) pp 1671 to 1678 (SCI-E) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO Reed, R.C., The Superalloys: Fundamentals and Applications 2008: Cambridge University Press Boyce, M.P., Gas Turbine Engineering Handbook Third Edition ed 2006: Elsevier Inc 1014 Harada, Y., J Turbine Soc., 2003 31: p 97–107 Rolls-Royce Trent 800 Bressers, J., S Peteves, and M Steen, Coatings for hot section gas turbine components, in European Structural Integrity Society, M.E.A.M.-M M Fuentes and J.M Martínez-Esnaola, Editors 2000, Elsevier p 115-134 Clarke, D.R., M Oechsner, and N.P Padture, Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines MRS BULLETIN, 2012 37(10): p 891941 Darolia, R., Thermal barrier coatings technology: Critical review, progress update, remaining challenges and prospects International Materials Reviews, 2013 58(6): p 315-348 Goward, G.W., Progress in coatings for gas turbine airfoils Surface and Coatings Technology, 1998 108–109(0): p 73-79 Pomeroy, M.J., Coatings for gas turbine materials and long term stability issues Materials & Design, 2005 26(3): p 223-231 10 Rajendran, R., Gas turbine coatings – An overview Engineering Failure Analysis, 2012 26(0): p 355-369 11 Vaßen, R., et al., Overview on advanced thermal barrier coatings Surface and Coatings Technology, 2010 205(4): p 938-942 12 Yonushonis, T.M., Overview of thermal barrier coatings in diesel engines Journal of Thermal Spray Technology, 1997 6(1): p 50-56 13 Morrell, P.a.R., Thermal Barrier Coatings, in AGARD Report 823 1997: NATO p 20-1 to 20-9 14 Padture, N.P., M Gell, and E.H Jordan, Thermal Barrier Coatings for GasTurbine Engine Applications Science, 2002 296(5566): p 280 15 Streiff, R., Protection of materials by advanced high temperature coatings Journal de Physique IV Colloque, 1993 03(C9): p C9-17-C9-41 16 Birks, N., G.H Meier, and F.S Pettit, Introduction to the High Temperature Oxidation of Metals ed 2006, Cambridge: Cambridge University Press LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 118 17 Kawagishi, K., et al., The oxidation properties of fourth generation singlecrystal nickel-based superalloys JOM, 2006 58(1): p 43-46 18 19 Caron, P and T Khan, Evolution of Ni-Based Superalloys for Single Crystal Gas Turbine Blade Applications Aerospace Science and Technology, 1999 3(8): p 513-523 20 Durand-Charre, M., The microstructure of superalloys 1997: Overseas Publishers Association 21 Han, X., Diffusion Coatings for High-Temperature Applications on Ni-base Superalloys, in DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING 2011, POLITECNICO DI MILANO 22 Boyce, M.P., Gas Turbine Engineering Handbook Third Edition ed 2006, British Library: Elsevier Inc 23 Bose, S., High Temperature Coatings 2007: Elsevier 24 Lai, G.Y., High-Temperature Corrosion and Materials Applications 2007: ASM International 25 materials, C.o.c.f.h.-t.s., Coatings for high temperature structural materials; trends and opportunities 1996, Washington: National Academy Press 26 Beele, W., G Marijnissen, and A van Lieshout, The evolution of thermal barrier coatings — status and upcoming solutions for today's key issues Surface and Coatings Technology, 1999 120–121(0): p 61-67 27 Clarke, D.R and S.R Phillpot, Thermal barrier coating materials Materials Today, 2005 8(6): p 22-29 28 DeMasi-Marcin, J.T and D.K Gupta, Protective coatings in the gas turbine engine Surface and Coatings Technology, 1994 68–69(0): p 1-9 29 Ito, Y., Chapter 10.2 - Heat-Resistant Coating Technology for Gas Turbines, in Handbook of Advanced Ceramics (Second Edition), S Somiya, Editor 2013, Academic Press: Oxford p 789-806 30 Maximilien N'Gandu-Muamba, J and R Streiff, The reactive element effect (R.E.E.) : a tentative classification Journal de Physique IV Colloque, 1993 03(C9): p C9-281-C9-290 31 HE, E and T MP, Oxidation of high temperature coatings Journal of Aerospace Engineering, 2006 220(1): p 1-10 32 Das, D.K., Microstructure and high temperature oxidation behavior of Ptmodified aluminide bond coats on Ni-base superalloys Progress in Materials Science, 2013 58(2): p 151-182 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 119 33 Hong, S.J., et al., Cyclic oxidation of Pt/Pd-modified aluminide coating on a nickel-based superalloy at 1150°C Intermetallics, 2009 17(6): p 381-386 34 Alpérine, S., et al., Structure and high temperature performance of various palladium-modified aluminide coatings: A low cost alternative to platinum aluminides Surface and Coatings Technology, 1990 43-44: p 347-358 35 Felten, E.J., Use of platinum and rhodium to improve oxide adherence on Ni8Cr-6Al alloys Oxidation of Metals, 1976 10(1): p 23-28 36 Fisher, G., P.K Datta, and J.S Burnell-Gray, An assessment of the oxidation resistance of an iridium and an iridium/platinum low-activity aluminide/MarM002 system at 1100°C Surface and Coatings Technology, 1999 113(3): p 259-267 37 Fu, C., et al., Phase Transformations in Pt-Aluminide Coatings and Their Effect on Oxidation Resistance Oxidation of Metals, 2015 84(1-2): p 151167 38 Godlewski, K and E Godlewska, Effect of chromium on the protective properties of aluminide coatings Oxidation of Metals, 1986 26(1): p 125138 39 Jedlinski, J., K Godlewski, and S Mrowec, The influence of implanted yttrium and cerium on the protective properties of a β-NiAl coating on a nickel-base superalloy Materials Science and Engineering: A, 1989 120-121: p 539-543 40 Lance, M.J., et al., Effect of water vapor on thermally-grown alumina scales on Pt-modified and simple aluminide bond coatings Surface and Coatings Technology, 2013 237: p 2-7 41 Swadźba, R., et al., Microstructure degradation of simple, Pt- and Pt + Pdmodified aluminide coatings on CMSX-4 superalloy under cyclic oxidation conditions Surface and Coatings Technology, 2013 215: p 16-23 42 Swadźba, R., et al., Microstructure degradation of EB-PVD TBCs on Pd–Ptmodified aluminide coatings under cyclic oxidation conditions Surface and Coatings Technology, 2013 237: p 16-22 43 Tawancy, H.M., N.M Abbas, and T.N Rhys-Jones, Role of platinum in aluminide coatings Surface and Coatings Technology, 1991 49(1): p 1-7 44 Warnes, B.M., Reactive element modified chemical vapor deposition low activity platinum aluminide coatings Surface and Coatings Technology, 2001 146-147: p 7-12 45 Xu, Z., et al., Thermal cycling behavior of EB-PVD TBCs on CVD platinum modified aluminide coatings Journal of Alloys and Compounds, 2015 637: p 226-233 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 120 46 Yang, Y.F., et al., Effect of aluminisation characteristics on the microstructure of single phase β-(Ni,Pt)Al coating and the isothermal oxidation behaviour Corrosion Science, 2016 106: p 43-54 47 Zagula-Yavorska, M and J Sieniawski, Microstructural Study on Oxidation Resistance of Nonmodified and Platinum Modified Aluminide Coating Journal of Materials Engineering and Performance, 2014 23(3): p 918-926 48 O, K and v.G O., J Inst Met 1949 76: p 225-231 49 Tawancy, H.M., et al., Oxidation Behavior of Selected Bond Coats Based on the gamma' plus gamma Structure and Their Performance in Thermal Barrier Coatings Deposited on a Nickel-Based Superalloy Oxidation of Metals, 2015 83(5-6): p 417-440 50 Ozgurluk, Y., et al., Investigation of hot corrosion behavior of thermal barrier coating (TBC) systems with rare earth contents Arabian Journal of Geosciences, 2018 11(11): p 267 51 Sohn, Y.H., et al., Microstructural characterization of thermal barrier coatings on high pressure turbine blades Surface and Coatings Technology, 2001 146–147(0): p 132-139 52 Wang, K., et al., Effect of Sintering on Thermal Conductivity and Thermal Barrier Effects of Thermal Barrier Coatings Chinese Journal of Aeronautics, 2012 25(5): p 811-816 53 Goward, G.W and D.H Boone, Mechanisms of formation of diffusion aluminide coatings on nickel-base superalloys Oxidation of Metals, 1971 3(5): p 475-495 54 Pichoir, R and O.N.d.a.e.d.R Aaerospatiales, Influence of the Mode of Formation on the Oxidation and Corrosion Behaviour of NiAl-type Protective Coatings: INFLUENCE DU MODE DE FORMATION SUR LE COMPORTEMENT A L'OXYDATION ET A LA CORROSION DE REV?ETEMENTS PROTECTEURS DE TYPE NiAl 1978: ONERA 55 Pennefather, R.C and D.H Boone, Mechanical degradation of coating systems in high-temperature cyclic oxidation Surface and Coatings Technology, 1995 76-77: p 47-52 56 B, G., S D, and W W, High-temperature coatings with Pt metal modified cNi + c0-Ni3Al alloy compositions, U.S patent, Editor 2004 57 Zhang, Y., et al., Synthesis and oxidation behavior of platinum-enriched γ+γ′ bond coatings on Ni-based superalloys Surface and Coatings Technology, 2006 201(7): p 3857-3861 58 Alam, M.Z., N Hazari, and D.K Das, Microstructure and oxidation performance of a gamma-gamma ' Pt-aluminide bond coat on directionally LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 121 solidified superalloy CM-247LC Bulletin of Materials Science, 2014 37(6): p 1551-1561 59 Audigié, P., et al., High-temperature cyclic oxidation of Pt-rich γ-γ’ bondcoatings Part II: Effect of Pt and Al on TBC system lifetime Corrosion Science, 2019 150: p 1-8 60 Audigie, P., et al., Cyclic Oxidation Behavior of TBC Systems with a Pt-Rich gamma-Ni plus gamma '-Ni3Al Bond-Coating Made by SPS Oxidation of Metals, 2014 81(1-2): p 33-45 61 Swadźba, R., et al., High temperature oxidation of EB-PVD TBCs on Ptdiffused single crystal Ni superalloy Surface and Coatings Technology, 2014 260: p 2-8 62 Terock, M., et al., Synthesis and characterization of a Pt–Al–Cr–Ni γ/γ′coating on the Ni-based superalloy CMSX‐4 Surface and Coatings Technology, 2013 236: p 347-352 63 Zhao, X., et al., Stress evolution in a Pt-diffused γ/γ′ bond coat after oxidation Surface and Coatings Technology, 2014 247: p 48-54 64 Stacy, J.P., et al., Synthesis and oxidation performance of Al-enriched γ + γ′ coatings on Ni-based superalloys via secondary aluminizing Surface and Coatings Technology, 2007 202(4–7): p 632-636 65 Gleeson, B., et al., Effects of platinum on the interdiffusion and oxidation behavior of Ni-Al-based alloys, in Materials Science Forum 2004 p 213-222 66 Hayashi, S., et al., Interdiffusion behavior of Pt-modified γ-Ni + γ′-Ni3Al alloys coupled to Ni-Al-based alloys Metallurgical and Materials Transactions A, 2005 36(7): p 1769-1775 67 Haynes, J.A., et al., The effect of Pt content on γ–γ′ NiPtAl coatings Surface and Coatings Technology, 2008 203(5–7): p 413-416 68 Haynes, J.A., et al., Comparison of the oxidation behavior of β and γ-γ′ NiPtAl coatings Surface and Coatings Technology, 2009 204(6–7): p 816-819 69 Zhang, Y., et al., Interdiffusion behavior of Pt-diffused γ + γ′ coatings on Nibased superalloys Surface and Coatings Technology, 2008 203(5–7): p 417421 70 Karunaratne, M.S.A and R.C Reed, Interdiffusion of the platinum-group metals in nickel at elevated temperatures Acta Materialia, 2003 51(10): p 2905-2919 71 Murakami, H., T Yano, and S Sodeoka, Process Dependence of Ir-Based Bond Coatings MATERIALS TRANSACTIONS, 2004 45(9): p 2886-2890 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 122 72 Suzuki, A., et al., Microstructual characterization of sputtered Pt-Ir coatings on Ni-base single crystal superalloy Materials Transactions, 2005 46(8): p 1760-1763 73 Wu, F., H Murakami, and A Suzuki, Development of an iridium–tantalum modified aluminide coating as a diffusion barrier on nickel-base single crystal superalloy TMS-75 Surface and Coatings Technology, 2003 168(1): p 62-69 74 Wu, Y.N., et al., Role of iridium in hot corrosion resistance of Pt-Ir modified aluminide coatings with Na2so4-NaCl salt at 1173 K Materials Transactions, 2006 47(8): p 1918-1921 75 Wu, Y.N., et al., Hot corrosion behavior of Pt-Ir modified aluminide coatings on the nickel-base single crystal superalloy TMS-82+ Journal of Materials Research, 2007 22(1): p 206-216 76 Yasui, Y., et al., Oxidation resistance of electroplated Pt-Ir alloy coatings on Ni-based single crystal superalloys followed by diffusion annealing treatment Nippon Kinzoku Gakkaishi/Journal of the Japan Institute of Metals, 2009 73(12): p 913-918 77 Yoko, Y.M., et al., Effective use of platinum group metals Nippon Kinzoku Gakkaishi/Journal of the Japan Institute of Metals, 2011 75(1): p 10-20 78 Taylor, T.A and D.F Bettridge, Development of alloyed and dispersionstrengthened MCrAlY coatings Surface and Coatings Technology, 1996 8687: p 9-14 79 Mévrel, R., State of the art on high-temperature corrosion-resistant coatings Materials Science and Engineering: A, 1989 120-121: p 13-24 80 Nicholls, J.R., et al., Smart overlay coatings — concept and practice Surface and Coatings Technology, 2002 149(2): p 236-244 81 Sampath, S., et al., Role of thermal spray processing method on the microstructure, residual stress and properties of coatings: an integrated study for Ni–5 wt.%Al bond coats Materials Science and Engineering: A, 2004 364(1): p 216-231 82 Boone, D.H., S Shen, and R McKoon, Electron beam evaporation of low vapor pressure elements in MCrAl coating compositions Thin Solid Films, 1979 64(2): p 299-304 83 Shankar, S., D.E Koenig, and L.E Dardi, Vacuum-plasma-sprayed metallic coatings Thin Solid Films, 1981 83(3): p 369 84 JE., J., US Patent No 3, 347, Editor 1969 85 Taylor, T.A., et al., Experience with MCrAl and thermal barrier coatings produced via inert gas shrouded plasma deposition Journal of Vacuum LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 123 Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 1985 3(6): p 25262531 86 JA., B., US Patent 5,120,582, U Patent, Editor 1992 87 Weng, W.-X., et al., Comparison of microstructural evolution and oxidation behaviour of NiCoCrAlY and CoNiCrAlY as bond coats used for thermal barrier coatings Surface and Coatings Technology, 2018 352: p 285-294 88 Miller, R.A., Thermal barrier coatings for aircraft engines: history and directions Journal of Thermal Spray Technology, 1997 6(1): p 35 89 Bose, S and J DeMasi-Marcin, Thermal barrier coating experience in gas turbine engines at Pratt & Whitney Journal of Thermal Spray Technology, 1997 6(1): p 99-104 90 Sahith, M.S., G Giridhara, and R.S Kumar, Development and analysis of thermal barrier coatings on gas turbine blades – A Review Materials Today: Proceedings, 2018 5(1, Part 3): p 2746-2751 91 Stecura, S., Advanced thermal barrier system bond coatings for use on nickel, cobalt- and iron-base alloy substrates Thin Solid Films, 1986 136(2): p 241-256 92 Zhao, Y., Evaluation and characterisation of thermal barrier coatings 2013, The University of Manchester 93 C.R., M., Technology of paints, varnishes and lacquers Renihold Book Corp., 1968: p 744 94 R.E., K and D F.H., Metallic coatings, Kirk-Othmer encyclopaedia of Chemical Technology 3th ed Vol 15 2007: Wiley 95 C.W., V., Surface hardening of titanium, U.S patent, Editor 1958: U.S.A 96 Parikh N.M., W P., and H R.L., Process for producing nickel-coated steel, in United States patent 1967 97 Flint G.N., H F.G., and A T.B., Method for coating steel with nickel, in United States patent 1967 98 T.B., A., Method for coating steel with nickel, U.S patent, Editor 1969 99 A.D., J., Applying protective coating from powdered material utilising high temperature and low pressure, U.S patent, Editor 1963 100 G.W., G and B D.H, Mechanisms of formation of diffusion aluminide coatings on nickel-base superalloys Oxidation of Metals, 1971 3(5) 101 R.A., P., Status of coated refractory metals Journal of Spacecraft and Rockets, 1965 2(4): p 520-523 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 124 102 C.M., P and P R.A., Development of a fused slurry silicide coating for the protection of tantalum alloys Journal of the Less Common Metals, 1974 37(3): p 361-378 103 J.J., G., Diffusion coating method, U.S patent, Editor 1977 104 D.H., M and G J.M, Slurry coating superalloys with FeCrAlY coatings, U.S patent, Editor 1973 105 Wydra G., C.T and H W, Method for producing a slip layer which is resistant to corrosion and oxidation, U.S patent, Editor 2002 106 B.G., M and K T.A, Method for forming a coating substantially free of deleterious refractory elements on a nickel- and chromium-based superalloy, U.S patent, Editor 1999 107 D., S and F H.J., Metal slurry coatings on substrates, and related articles, U.S patent, Editor 2003 108 Kolarik, V., M Juez-Lorenzo, and H Fietzek, Material Science Forum, 2011 696: p 290 109 Shirvani, K., et al., Electrochemical study on hot corrosion of Si-modified aluminide coated In-738LC in Na2SO4–20 wt.% NaCl melt at 750 °C Corrosion Science, 2003 45(5): p 1011-1021 110 LeBeau, J.M and Y Boonyongmaneerat, Comparison study of aqueous binder systems for slurry-based processing Materials Science and Engineering: A, 2007 458(1): p 17-24 111 Kristoffersson, A., E Roncari, and C Galassi, Comparison of different binders for water-based tape casting of alumina Journal of the European Ceramic Society, 1998 18(14): p 2123-2131 112 www.indestructible.co.uk 113 www.morant-industriereiniger.de 114 www.coating4ind.com 115 www.sermatech.com 116 Wu, F., et al., Electrodeposition of Pt-Ir alloys on nickel-base single crystal superalloy TMS-75 Surface and Coatings Technology, 2004 184(1): p 24-30 117 Wu, Y., et al., Characterization of electroplated platinum-iridium alloys on the nickel-base single crystal superalloy Materials Transactions, 2005 46(10): p 2176-2179 118 Smigelskas, A.D and E.O Kirkendall, Zinc Diffusion in Alpha Brass Trans AIME, 1947 171: p 130-142 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 125 119 Purvis, A.L and B.M Warnes, A study of the diffusional response of refractory and other elements in superalloy systems during diffusion coating Surface and Coatings Technology, 2000 133-134: p 23-27 120 Suzuki, A., et al., Oxidation Behavior of Pt–Ir Modified Aluminized Coatings on Ni-base Single Crystal Superalloy TMS-82+ Oxidation of Metals, 2007 68(1): p 53-64 121 Galetz, M.C., X Montero, and H Murakami, Novel processing in inert atmosphere and in air to manufacture high-activity slurry aluminide coatings modified by Pt and Pt/Ir Materials and Corrosion, 2012 63(10): p 921-928 122 Kamm, J.L and W.W Milligan, Phase stability in (Ni, Pt)3Al alloys Scripta Metallurgica et Materialia, 1994 31(11): p 1461-1464 123 Hayashi, S., et al., α-NiPt(Al) and phase equilibria in the Ni–Al–Pt system at 1150 °C Acta Materialia, 2005 53(11): p 3319-3328 124 Audigié, P., et al., Chromium and iridium effects on the short-term interdiffusion behaviour between Pt rich γ-γ′ bond-coatings and a Ni-Al-Cr alloy Surface and Coatings Technology, 2017 309: p 258-265 125 Yamabe-Mitarai, Y and H Aoki, Solid-solution hardening of Ir by Pt and Ni Materials Letters, 2002 56(5): p 781-786 126 Audigié, P., et al., Observation and modeling of α-NiPtAl and Kirkendall void formations during interdiffusion of a Pt coating with a γ-(Ni-13Al) alloy at high temperature Surface and Coatings Technology, 2014 260: p 9-16 127 Izumi, T., et al., Effects of targeted γ-Ni + γ′-Ni3Al-based coating compositions on oxidation behavior Surface and Coatings Technology, 2007 202(4–7): p 628-631 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... việc nhiệt độ cao đồng thời hạ giá thành lớp phủ Trước tình hình đó, NCS lựa chọn đề tài nghiên cứu luận án là: ? ?Nghiên cứu chế tạo đặc tính chống oxy hóa lớp phủ bền nhiệt độ cao hợp kim niken ứng. .. nâng cao khả làm việc nhiệt độ cao cánh tuốc bin chế tạo hệ lớp phủ bền ăn mịn ơxy hóa nhiệt độ cao, bảo vệ hợp kim niken, loại vật liệu với cấu trúc đơn tinh thể sử dụng chế tạo cánh tuốc bin khí. .. VỀ TUỐC BIN KHÍ VÀ LỚP PHỦ CHỊU NHIỆT TRÊN CÁNH TUỐC BIN KHÍ 1.1 Tuốc bin khí vật liệu sử dụng tuốc bin khí 1.1.1 Cấu tạo điều kiện làm việc tuốc bin khí 1.1.1.1 Cấu tạo tuốc