Ustalenie wpływu pierwiastków stopowych na niestabilność mikrostruktury monokrystalicznych nadstopów niklu...

Ustalenie wpływu pierwiastków stopowych na niestabilność mikrostruktury monokrystalicznych nadstopów niklu w wysokiej temperaturze z wykorzystaniem nowoczesnych metod analitycznej mikroskopii elektronowej

  • Kierownik projektu: dr hab. inż. Beata Dubiel, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej
  • Tytuł projektu: Ustalenie wpływu pierwiastków stopowych na niestabilność mikrostruktury monokrystalicznych nadstopów niklu w wysokiej temperaturze z wykorzystaniem nowoczesnych metod analitycznej mikroskopii elektronowej
  • Konkurs: OPUS 4, ogłoszony 15 września 2012 r.
  • Panel: ST 8

Monokrystaliczne nadstopy niklu są nowoczesnymi materiałami żarowytrzymałymi stosowanymi na łopatki turbin gazowych dla lotnictwa i energetyki. Skład chemiczny monokrystalicznych nadstopów niklu zawiera kilkanaście pierwiastków i jest tak dobrany, aby uzyskać maksymalne umocnienie koherentnymi wydzieleniami fazy g' o kształcie sześciennym, rozdzielonymi kanałami fazy g o nanometrycznej szerokości (Rys. 1).

Mikrostruktura monokrystalicznego nadstopu niklu CMSX-4

Rys. 1. Mikrostruktura monokrystalicznego nadstopu niklu CMSX-4

Czas pracy łopatek jest ograniczony głównie ze względu na niestabilność mikrostruktury monokrystalicznych nadstopów niklu. W temperaturze powyżej 900 °C, przy jednoczesnym działaniu naprężeń pochodzących od siły odśrodkowej, w monokrystalicznych łopatkach turbin zachodzi koagulacja cząstek fazy g' zwana oraz wydzielanie kruchych faz topologicznie zwarcie wypełnionych (TCP).

Celem projektu jest określenie wpływu pierwiastków stopowych na zmiany mikrostruktury monokrystalicznych nadstopów niklu podczas wyżarzania i pełzania w wysokiej temperaturze.

Badanie mikrostruktury i składu chemicznego w nanoobszarach umożliwia analityczna mikroskopia elektronowa. Problemem w mikroanalizie składu chemicznego była do niedawna zbyt mała rozdzielczość przestrzenna metod spektroskopii charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego z dyspersją długości fali (WDS) i z dyspersją energii (EDS). Brak jest zatem potwierdzenia eksperymentalnego, które pierwiastki segregujące do fazy g dyfundują podczas raftingu do wydzieleń fazy g' i vice versa oraz jakie zmiany składu chemicznego towarzyszą wydzielaniu faz TCP. Znaczny postęp, jaki dokonał się w ostatnich latach w analitycznej mikroskopii elektronowej, umożliwia połączenie wysokiej rozdzielczości przestrzennej obrazów mikrostruktury z wysoką dokładnością wyników mikroanalizy składu chemicznego.

Zaplanowane w projekcie zadania badawcze pozwolą na określenie wpływu czasu, temperatury i naprężenia na podział pierwiastków pomiędzy fazy g i g' oraz wydzielanie faz TCP.

W toku projektu próbki monokrystalicznych nadstopów niklu zostaną poddane wysokotemperaturowemu wyżarzaniu i pełzaniu. Zmiany mikrostruktury i składu chemicznego w mikro- i nanoobszarzach będą zbadane nowoczesnymi metodami skaningowej i skaningowo-transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz energodyspersyjnej spektroskopii charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Do sporządzenia trójwymiarowej wizualizacji mikrostruktury i składu chemicznego badanych nadstopów zostaną użyte metody tomografii elektronowej. Zastosowanie tych nowoczesnych metod badawczych pozwoli na uzyskanie wyników niezbędnych do poszerzenia wiedzy na temat raftingu i wydzielania faz TCP w monokrystalicznych nadstopach niklu.


Beata Dubiel przy pracy

dr hab. inż. Beata Dubiel

Jest adiunktem w Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej. Jej zainteresowania badawcze dotyczą charakteryzowania mikrostruktury i właściwości materiałów inżynierskich. Brała udział w licznych projektach krajowych i międzynarodowych dotyczących badań mikrostruktury materiałów metodami mikroskopii elektronowej. Jest autorką ponad 150 publikacji z dziedziny inżynierii materiałowej. Za swoją działalność naukową otrzymała liczne nagrody i wyróżnienia.