LPBF에 의해 형성된 인코넬 939의 고온 산화
소개
니켈 기반 슈퍼 합금 은 최대 1100~1150°C의 고온 응용 분야를 위해 설계된 내식성 합금입니다. 이 합금은 높은 수준의 크리프 저항성, 가황 및 산화 특성으로 인해 항공우주 및 에너지 산업에서 널리 사용되어 왔습니다. 일반적으로 탄소나 붕소와 같은 가벼운 원소와 Ta, W, Nb, Re와 같은 무거운 내화 원소를 포함하여 최대 10개의 합금 원소를 포함합니다.
인코넬 939(또한 in939)은 터빈 블레이드와 블레이드에 일반적으로 사용되는 크롬 함량이 높은 초합금입니다. 이 합금은 최대 950°C의 작동 온도에서 우수한 용접 능력과 충분한 강도를 가지고 있습니다. In718, In625 및 Rene 220과 같은 In939와 유사한 슈퍼 합금은 Cr의 우선적 산화를 통해 Cr2O3 층을 형성하여 금속을 고온 부식으로부터 보호합니다. 형성된 산화물 층은 일반적으로 조밀하고 느리게 성장하며 최대 1000°C의 작동 온도에서 긴 사용 수명을 갖습니다. 사용 시 Cr2O3 층은 특히 주기적인 조건에서 스트레스를 받게 되며, 이로 인해 층이 갈라질 수 있습니다.
이 조사에서는 다음과 같은 산화 특성을 확인했습니다. in939 AM 및 CM(주조)으로 생산된 부품을 광학 현미경과 주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산형 X-선 분광기(EDX)를 사용하여 900°C에서 158시간 노출 후 자세히 연구했습니다.
자료
그리고 in939 합금은 AM(레이저 분말 베드 용융, LPBF)과 CM(주조) 모두에서 생산됩니다. AM 및 CM In939 합금의 화학 성분은 다음과 같습니다. 표 1:
결과 및 토론
그림 1 은 평균 100-120μm 크기의 AM In939 에칭 미세 구조의 광학 현미경 사진을 보여줍니다.
그림 2 은 900°C에서 158시간 동안 산화시킨 후 AM-Y 방향, AM-Z 방향 및 CM In939 샘플의 SEM-EDX 단면을 보여줍니다. 단면 이미지에 따르면, 외부에서 성장한 Cr2O3 레이어 평균 두께 3μm의 산화물 층이 모든 샘플에 존재합니다. 층은 연속적이고 균일하며 미세 구조 이방성으로 인해 상 조성 및 산화물 층 두께 측면에서 샘플 간의 외부 성장 규모에 큰 차이가 없습니다. 이는 AM 재료의 미세구조 이방성이 이러한 조건에서 산화 거동에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미합니다:
결론
이 연구는 적층 제조로 생산된 In939의 부식 특성이 성형 방향에 대한 산화 표면의 방향과 관계없이 900°C에서 기존 제조(CM) In939의 부식 특성과 유사하다는 점에 초점을 맞추고 있습니다. 두 재료 모두 In939 표면에 보호 산화물 층으로 Cr2O3 층을 형성합니다.