सुपरलॉय: Difference between revisions

=== नी-आधारित सुपरऑलॉय चरण ===

* गामा प्राइम (γ'): यह चरण मिश्रधातु को मजबूत करने के लिए प्रयुक्त तलछट का गठन करता है। यह Ni₃(Ti,Al) पर आधारित एक अन्तराधातुक चरण है जिसमें एक आदेशित FCC L1₂ संरचना है।<ref name="bowman" />γ' चरण सुपरऑलॉय के मैट्रिक्स के साथ सुसंगत है जिसमें जाली पैरामीटर होता है जो लगभग 0.5% भिन्न होता है। Ni3(Ti,Al) क्यूब सामने पर Ni परमाणुओं के साथ आदेशित प्रणाली हैं और क्यूब किनारों पर Al या Ti परमाणु हैं। जैसे ही γ' के कण एकत्रित होते हैं, वे घनाकार संरचनाओं को बनाने वाली <100> दिशाओं के साथ संरेखित करके अपनी ऊर्जा अवस्थाओं को कम कर देते हैं।<ref name="sabol" />इस चरण में 600 डिग्री सेल्सियस और 850 डिग्री सेल्सियस के बीच अस्थिरता की एक खिड़की है, जिसके अंदर γ' एचसीपी η चरण में बदल जाएगा। 650 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर अनुप्रयोगों के लिए, γ" चरण को मजबूत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।<ref name="dunand"/>

[[File:Ni3Nb Body Centered Tetragonal.JPG|thumb|γ के लिए क्रिस्टल संरचना (नी₃नायब) (बॉडी सेंटर्ड टेट्रागोनल)]]* गामा डबल प्राइम (γ"):यह चरण सामान्यतः Ni3Nb या Ni3V है और इसका उपयोग γ' के सापेक्ष कम तापमान (<650 °C) पर Ni-आधारित सुपरऑलॉयज़ को मजबूत करने के लिए किया जाता है। γ" की क्रिस्टल संरचना [[शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल]] (बीसीटी) है, और चरण γ में {001} परिवार के समानांतर γ" में (001) विमानों के साथ 60 एन एम एक्स 10 एन एम डिस्क के रूप में अवक्षेपित होता है। ये [[ असमदिग्वर्ती होने की दशा |असमदिग्वर्ती होने की दशा]] डिस्क शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल अवक्षेप और चेहरे-केंद्रित क्यूबिक मैट्रिक्स के बीच जाली स्थिरांक के परिणामस्वरूप बनती हैं। यह जाली स्थिरांक उच्च सुसंगतता उपभेदों की ओर जाता है, जो एक साथ [[ आदेश सख्त |आदेश सख्त]] होने के साथ-साथ प्राथमिक सुदृढ़ीकरण तंत्र हैं। γ" चरण लगभग 650 डिग्री सेल्सियस से ऊपर अस्थिर है।<ref name="dunand">Dunand, David C. "Materials Science & Engineering 435: High Temperature Materials". Northwestern University, Evanston. 25 February 2016. Lecture.</ref>

* कार्बाइड चरण: कार्बाइड का निर्माण सामान्यतः हानिकारक होता है, चूंकि नी-आधारित सुपरऑलॉयज में उनका उपयोग उच्च तापमान पर विरूपण के खिलाफ सामग्री की संरचना को स्थिर करने के लिए किया जाता है। कार्बाइड अनाज की सीमाओं पर बनते हैं, अनाज की सीमा गति को रोकते हैं।<ref name="bowman" /><ref name="sabol" />

=== सह-आधारित सुपरऑलॉयज का इतिहास और विकास ===

सह-आधारित सुपरलॉइज़ यांत्रिक गुणों के लिए कार्बाइड अवक्षेपण और ठोस विलय सुदृढ़ीकरण पर निर्भर करते हैं। जबकि ये सुदृढ़ीकरण तंत्र गामा प्राइम (γ') अवक्षेपण से कमतर हैं,<ref name=":3" />कोबाल्ट में निकेल की तुलना में अधिक गलनांक होता है और इसमें बेहतर गर्म संक्षारण प्रतिरोध और तापीय थकान होती है। परिणामस्वरूप, कार्बाइड-मजबूत सह-आधारित सुपरऑलॉय का उपयोग कम तनाव, उच्च तापमान अनुप्रयोगों जैसे गैस टर्बाइनों में स्थिर वैन में किया जाता है। Co's γ/γ' माइक्रोस्ट्रक्चर को फिर से खोजा गया और 2006 में सातो एट अल द्वारा प्रकाशित किया गया।<ref name="Sato, J 2006" /> वह γ' चरण Co₃(Al, W) था। Mo, Ti, Nb, V, और Ta विभाजन γ' चरण में, जबकि Fe, Mn, और Cr मैट्रिक्स γ में विभाजन करते हैं।<ref name=":4" />

1980 के दशक में आधुनिक सुपरलॉइज़ विकसित किए गए थे। इन मिश्र धातुओं में γ' आयतन अंश को बढ़ाने के लिए पहली पीढ़ी के सुपर मिश्र धातु में एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, टैंटलम और नाइओबियम सामग्री में वृद्धि हुई। पहली पीढ़ी के सुपर मिश्रधातुओं के उदाहरणों में सम्मलित हैं: PWA1480, रेने N4 और SRR99। इसके अतिरिक्त, γ' अवक्षेप का आयतन अंश मोनोक्रिस्टल ठोसकरण तकनीकों के आगमन के साथ लगभग 50-70% तक बढ़ गया, जिससे अनाज की सीमाओं को पूरी तरह से समाप्त कर दिया गया। क्योंकि सामग्री में अनाज की कोई सीमा नहीं होती है, कार्बाइड अनाज की सीमा को मजबूत करने वाले के रूप में अनावश्यक होते हैं और इस प्रकार समाप्त हो जाते हैं।<ref name="RCREED">{{cite book|author=Reed, R. C|title=The Superalloys: Fundamentals and Applications|year=2008|location=Cambridge|publisher=Cambridge University Press|isbn=9780521070119}}</ref>  

वर्तमान चलन बहुत महंगे और बहुत भारी तत्वों से बचने का है। एक उदाहरण [[ एग्लिन स्टील |एग्लिन स्टील]] है, जो समझौता तापमान सीमा और रासायनिक प्रतिरोध के साथ एक बजट सामग्री है। इसमें रेनियम या रूथेनियम नहीं होता है और इसकी निकेल सामग्री सीमित होती है। निर्माण लागत को कम करने के लिए, इसे रासायनिक रूप से एक करछुल में पिघलाने के लिए डिज़ाइन किया गया था (चूंकि वैक्यूम क्रूसिबल में बेहतर गुणों के साथ)। गर्मी उपचार से पहले पारंपरिक वेल्डिंग और कास्टिंग संभव है। मूल उद्देश्य उच्च-प्रदर्शन, सस्ती बम केसिंग का उत्पादन करना था, लेकिन सामग्री कवच ​​सहित संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए व्यापक रूप से लागू प्रमाणित हुई है।

सिंगल-क्रिस्टल सुपरऑलॉयज (एसएक्स या एससी सुपरऑलॉयज) दिशात्मक ठोसकरण तकनीक के संशोधित संस्करण का उपयोग करके [[ एकल क्रिस्टल |एकल क्रिस्टल]] के रूप में बनते हैं, जिससे कोई अनाज सीमा नहीं होती है। अधिकांश अन्य मिश्र धातुओं के यांत्रिक गुण अनाज की सीमाओं की उपस्थिति पर निर्भर करते हैं, लेकिन उच्च तापमान पर वे रेंगने में भाग लेते हैं और अन्य तंत्रों की आवश्यकता होती है। ऐसे कई मिश्र धातुओं में, एक क्रमबद् [[ इंटरमेटेलिक्स |इंटरमेटेलिक्स]] चरण के द्वीप समूह अव्यवस्थित चरण के एक मैट्रिक्स में बैठते हैं, सभी एक ही क्रिस्टल लैटिस के साथ। यह संरचना में किसी भी [[ अनाकार ठोस |अनाकार ठोस]] को पेश किए बिना, अनाज की सीमाओं के अव्यवस्था-पिनिंग व्यवहार का अनुमान लगाता है।

सुपरअलॉय सिंगल क्रिस्टल का रेंगना विरूपण व्यवहार दृढ़ता से तापमान-, तनाव-, अभिविन्यास- और मिश्र धातु पर निर्भर है। एकल-क्रिस्टल सुपरअलॉय के लिए, विभिन्न तापमान और तनाव के शासन के परिणामस्वरूप रेंगना विरूपण के तीन तरीके होते हैं: राफ्टिंग, तृतीयक और प्राथमिक।<ref>{{cite book|last1=Nabarro|first1=F. R. N.|last2=de Villiers|first2=H. L.|title=The Physics of creep : creep and creep-resistant alloys|publisher=Talylor and Francis|location=London|date=1995|isbn=9780850668520}}</ref> कम तापमान (~750 डिग्री सेल्सियस) पर, एसएक्स मिश्रधातु ज्यादातर प्राथमिक रेंगने व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं। मटं एट अल पर निष्कर्ष निकाला कि प्राथमिक रेंगना विरूपण की सीमा तन्यता अक्ष और <001>/<011> समरूपता सीमा के बीच के कोण पर दृढ़ता से निर्भर करती है।<ref>{{cite journal|last1=Matan|first1=N.|last2=Cox|first2=D. C.|last3=Carter|first3=P.|last4=Rist|first4=M. A.|last5=Rae|first5=C. M. F.|last6=Reed|first6=R. C.|year=1999|title=Creep of CMSX-4 superalloy single crystals: effects of misorientation and temperature|journal=Acta Materialia|volume=47|issue=5|pages=1549–1563|doi=10.1016/s1359-6454(99)00029-4|bibcode=1999AcMat..47.1549M}}</ref> 850 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, तृतीयक रेंगना हावी होता है और तनाव को कम करने वाले व्यवहार को बढ़ावा देता है।<ref name="RCREED" /> जब तापमान 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, तो राफ्टिंग प्रभाव प्रचलित होता है जहां क्यूबिक कण तन्यता तनाव के परिणामस्वरूप फ्लैट आकार में परिवर्तित हो जाते हैं।<ref>{{cite journal|first=Frank R. N.|last=Nabarro|title=Rafting in Superalloys|date=1996|journal=Metallurgical and Materials Transactions A|volume=27|issue=3|pages=513–530|doi=10.1007/BF02648942|bibcode=1996MMTA...27..513N|s2cid=137172614}}</ref> राफ्ट्स तन्यता अक्ष के लंबवत होते हैं, क्योंकि γ चरण ऊर्ध्वाधर चैनलों से क्षैतिज वाले में ले जाया जाता है। रीड एट अल पर 1105 डिग्री सेल्सियस और 100 एमपीए पर <001> उन्मुख सीएमएसएक्स-4 सिंगल क्रिस्टल सुपरलॉय के अक्षीय क्रीप विरूपण का अध्ययन किया। उन्होंने बताया कि राफ्टिंग रेंगने वाले जीवन के लिए फायदेमंद है क्योंकि यह रेंगने वाले तनाव के विकास में देरी करता है। इसके अतिरिक्त, राफ्टिंग जल्दी से होती है और एक महत्वपूर्ण तनाव तक पहुंचने तक रेंगने वाले तनाव के संचय को दबा देती है।<ref>{{cite journal|first1=R. C.|last1=Reed|first2=N.|last2=Matan|first3=D. C.|last3=Cox|first4=M. A.|last4=Rist|first5=C. M. F.|last5=Rae|date=1999|title=Creep of CMSX-4 superalloy single crystals: effects of rafting at high temperature|journal=Acta Materialia|volume=47|issue=12|pages=3367–3381|doi=10.1016/S1359-6454(99)00217-7|bibcode=1999AcMat..47.3367R}}</ref>

==== सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ ====

=== पाउडर धातु विज्ञान ===

बॉन्ड कोट सब्सट्रेट को थर्मल बैरियर का पालन करता है। इसके अतिरिक्त, बांड कोट ऑक्सीकरण संरक्षण प्रदान करता है और पर्यावरण की ओर सब्सट्रेट परमाणुओं की गति के खिलाफ प्रसार बाधा के रूप में कार्य करता है। बॉन्ड कोट के पांच प्रमुख प्रकार हैं: एल्युमिनाइड्स, प्लैटिनम-एल्युमिनाइड्स, एमसीआरएलवाई, कोबाल्ट-सेरमेट्स और निकल-क्रोमियम। एल्युमिनाइड बॉन्ड कोटिंग्स के लिए, कोटिंग की अंतिम सांद्रण और संरचना सब्सट्रेट सांद्रण पर निर्भर करती है। एल्युमिनाइड्स में 750 डिग्री सेल्सियस से नीचे लचीलापन नहीं होता है, और सीमित थर्मोमैकेनिकल थकान शक्ति प्रदर्शित करता है। पीटी-एलुमिनाइड्स ब्लेड पर जमा पीटी (5-10 माइक्रोन) की परत को छोड़कर एल्यूमिनाइड बॉन्ड कोट के समान होते हैं। पीटी ऑक्साइड आसंजन में सहायता करता है और गर्म जंग में योगदान देता है, जिससे ब्लेड का जीवनकाल बढ़ जाता है। पीटी चढ़ाना की लागत बढ़े हुए ब्लेड जीवन काल से उचित है। MCrAlY सब्सट्रेट के साथ दृढ़ता से अंतःक्रिया नहीं करता है। सामान्यतः प्लाज्मा छिड़काव, द्वितीयक एल्यूमीनियम ऑक्साइड से MCrAlY कोटिंग्स द्वारा लागू किया जाता है। इसका मतलब यह है कि कोटिंग्स एक बाहरी क्रोमिया परत और नीचे एक द्वितीयक एल्यूमिना परत बनाती हैं। ये ऑक्साइड संरचनाएँ उन उच्च तापमानों की सीमा में होती हैं जिनसे सामान्यतः सुपरऑलॉयज़ मिलते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Warnes |first1=Bruce Michael |title=Improved aluminide/MCrAlX coating systems for super alloys using CVD low activity aluminizing |journal=Surface and Coatings Technology |date=January 2003 |volume=163-164 |pages=106–111 |doi=10.1016/S0257-8972(02)00602-3 }}</ref> क्रोमिया ऑक्सीकरण और गर्म-जंग प्रतिरोध प्रदान करता है। एल्युमिना ऑक्सीडेशन तंत्र को स्व-निष्क्रिय करके ऑक्साइड वृद्धि को सीमित करके नियंत्रित करता है। येट्रियम सब्सट्रेट के लिए ऑक्साइड पालन को बढ़ाता है, और अनाज की सीमाओं के विकास को सीमित करता है (जिससे कोट शल्कन हो सकता हैं)।<ref>{{cite journal |last1=Tawancy |first1=H.M. |last2=Abbas |first2=N.M. |last3=Bennett |first3=A. |title=Role of Y during high temperature oxidation of an M-Cr-Al-Y coating on an Ni-base superalloy |journal=Surface and Coatings Technology |date=December 1994 |volume=68-69 |pages=10–16 |doi=10.1016/0257-8972(94)90130-9 }}</ref> रेनियम और टैंटलम को मिलाने से ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ जाता है। [[ टंगस्टन कार्बाइड |टंगस्टन कार्बाइड]] /कोबाल्ट जैसी सामग्रियों से युक्त कोबाल्ट-सिरमेट-आधारित कोटिंग्स का उपयोग घर्षण, संक्षारण, क्षरण और गर्मी के उत्कृष्ट प्रतिरोध के कारण किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |author=D. Chuanxian |author2=H. Bingtang |author3=L. Huiling |title= Plasma-sprayed wear-resistant ceramic and cermet coating materials |journal=Thin Solid Films |date=24 August 1984 |volume=118 |issue=4 |pages=485–493 |doi=10.1016/0040-6090(84)90277-3|bibcode=1984TSF...118..485C }}</ref> ये [[ तरीके से सर्मेट cermet |तरीके से सर्मेट cermet]] कोटिंग उन परिस्थितियों में अच्छा प्रदर्शन करते हैं जहां तापमान और ऑक्सीकरण क्षति महत्वपूर्ण चिंताएं हैं, जैसे बॉयलर। कार्बाइड की ताकत के कारण कोबाल्ट सरमेट के अनूठे फायदों में से एक समय के साथ कोटिंग द्रव्यमान का न्यूनतम नुकसान है। कुल मिलाकर, सीमेट कोटिंग उन स्थितियों में उपयोगी होती है जहां यांत्रिक मांग रासायनिक मांगों के बराबर होती है। [[ जीवाश्म ईंधन |जीवाश्म ईंधन]], विद्युत [[ फर्नेस (घर का ताप) |फर्नेस (घर का ताप)]], और अपशिष्ट भस्मक भट्टियों द्वारा खिलाए गए बॉयलरों में निकेल-क्रोमियम कोटिंग्स का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, जहां वाष्प में ऑक्सीकरण एजेंटों और संक्षारक यौगिकों के खतरे को संबोधित किया जाना चाहिए।<ref>{{cite journal |last1=Kawahara |first1=Yuuzou |title=Development and application of high-temperature corrosion-resistant materials and coatings for advanced waste-to-energy plants |journal=Materials at High Temperatures |date=January 1997 |volume=14 |issue=3 |pages=261–268 |doi=10.1080/09603409.1997.11689552 |bibcode=1997MaHT...14..261K }}</ref> स्प्रे-कोटिंग की विशिष्ट विधि कोटिंग संरचना पर निर्भर करती है। निकेल-क्रोमियम कोटिंग्स जिनमें आयरन या एल्युमिनियम भी होता है, स्प्रे और लेजर ग्लेज्ड होने पर बेहतर संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती हैं, जबकि शुद्ध निकल-क्रोमियम कोटिंग्स बेहतर प्रदर्शन करती हैं जब विशेष रूप से थर्मली स्प्रे किया जाता है।<ref>{{cite journal |last1=Longa |first1=Y. |last2=Takemoto |first2=M. |title=High-Temperature Corrosion of Laser-Glazed Alloys in Na 2 SO 4 -V 2 O 5 |journal=Corrosion |date=July 1992 |volume=48 |issue=7 |pages=599–607 |doi=10.5006/1.3315978 }}</ref>

===[[ परत | परत]] की प्रक्रिया के तरीके ===

==== पैक सीमेंटेशन प्रक्रिया ====

=== थर्मल बैरियर कोटिंग सिस्टम में विफलता तंत्र ===

* थर्मल बैरियर कोटिंग और अंतर्निहित बॉन्ड कोट के इंटरफेस पर ऑक्सीकरण;<ref>{{cite journal | last1 = Wright | first1 = P. K. | year = 1998 | title = Influence of cyclic strain on life of a PVD TBC | journal = Materials Science and Engineering | volume = A245 | issue = 2| pages = 191–200 | doi = 10.1016/S0921-5093(97)00850-2 }}</ref> *

*ऑक्सीकरण के कारण बांड कोट में एल्यूमीनियम का अवक्षेपण<ref>{{cite journal |last1=Pint |first1=B.A. |title=The role of chemical composition on the oxidation performance of aluminide coatings |journal=Surface and Coatings Technology |date=November 2004 |volume=188-189 |pages=71–78 |doi=10.1016/j.surfcoat.2004.08.007 }}</ref> और सब्सट्रेट के साथ प्रसार;<ref>{{cite journal | last1 = Baufeld | first1 = B. | last2 = Bartsch | first2 = M. | last3 = Broz | first3 = P. | last4 = Schmucker | first4 = M. | year = 2004 | title = Microstructural changes as postmortem temperature indicator in Ni-Co-Cr-Al-Y oxidation protection coatings | journal = Materials Science and Engineering | volume = 384 | issue = 1–2| pages = 162–171 | doi=10.1016/j.msea.2004.05.052}}</ref>

* ऊष्मीय विस्तार गुणांक में बेमेल से ऊष्मीय तनाव और ऊष्मीय रूप से विकसित ऑक्साइड परत के गठन के कारण वृद्धि तनाव;<ref>{{cite journal |last1=Nychka |first1=J.A |last2=Clarke |first2=D.R |title=Damage quantification in TBCs by photo-stimulated luminescence spectroscopy |journal=Surface and Coatings Technology |date=September 2001 |volume=146-147 |pages=110–116 |doi=10.1016/S0257-8972(01)01455-4 }}</ref>

* ऊष्मीय रूप से विकसित ऑक्साइड परत के निकट दोष;<ref>{{cite journal | last1 = Mumm | first1 = D. R. | last2 = Evans | first2 = A. G. | last3 = Spitsberg | first3 = I. T. | year = 2001 | title = Characterisation of a cyclic displacement instability for a thermally grown oxide in a thermal barrier coating system | journal = Acta Materialia | volume = 49 | issue = 12| pages = 2329–2340 | doi=10.1016/s1359-6454(01)00071-4}}</ref><ref>{{cite journal | last1 = Mumm | first1 = D. R. | last2 = Evans | first2 = A. G. | year = 2000 | title = On the role of imperfections in the failure of a thermal barrier coating made by electron beam deposition | journal = Acta Materialia | volume = 48 | issue = 8| pages = 1815–1827 | doi=10.1016/s1359-6454(99)00473-5| bibcode = 2000AcMat..48.1815M }}</ref><ref>{{cite journal | last1 = Gell | first1 = M. | last2 = Vaidyanathan | first2 = K. | last3 = Barber | first3 = B. | last4 = Cheng | first4 = J. | last5 = Jordan | first5 = E. | year = 1999 | title = Mechanism of spallation in platinum aluminide/electron beam physical vapor-deposited thermal barrier coatings | journal = Metallurgical and Materials Transactions A| volume = 30| issue = 2| pages = 427–435 | doi = 10.1007/s11661-999-0332-1 | bibcode = 1999MMTA...30..427G | s2cid = 137312835 }}</ref>