Modification of macrostructure of nickel superalloys with cobalt nanoparticles

The paper presents the results of studies on the effect of combined surface and bulk modifications on the macrostructure of castings made from remelted, post-production IN-713C, IN-100 and MAR-247 waste alloys. Surface modification was carried out by applying onto the wax pattern surface, a coating containing zirconium silicate and cobalt aluminate. Bulk modification was carried out when the cast liquid alloy was passed through a special ceramic filter containing, among others, cobalt aluminate. The nanoparticles of cobalt, acting as crystallisation nuclei, are the product of a modifier reaction (CoAl2O4 inoculant) with the chemically active constituents of the nickel alloys and with the additional filter components in the form of Al and Ti powders. The filters were placed in the mould pouring basin. The beneficial effect of combined modification on the macrostructure (equiaxial crystals) and mechanical properties was stated. The effect of the active constituents present in the nickel alloys and in the filter material was confirmed. A particularly strong refining effect on the macrostructure of equiaxial crystals was obtained in the MAR-247 alloy, which contained the strongest chemically active additives of Hf, Ta and Nb. A hypothetical model of the surface and bulk modification was developed. A strong influence of the alloy pouring temperature on the modification effect was reported. Modification was most effective when the pouring temperature did not exceed 1440°C.

---

Zamieszczono wyniki badań wpływu łącznego modyfikowania powierzchniowego i objętościowego na makrostrukturę odlewów wykonanych po przetopie odpadów poprodukcyjnych ze stopów IN-713C, IN-100 i MAR-247. Modyfikację powierzchniową zrealizowano poprzez naniesienie na model woskowy powłoki zawierającej krzemian cyrkonu i glinian kobaltu. Modyfikację objętościową zrealizowano podczas odlewania ciekłego stopu przez specjalne filtry ceramiczne, zawierające między innymi glinian kobaltu. Nanocząstki kobaltu, pełniące rolę zarodków krystalizacji, są produktem reakcji modyfikatora (inoculant CoAl2O4) z aktywnymi chemicznie składnikami stopów niklu oraz dodatkowymi składnikami filtrów w postaci proszków Al i Ti. Filtry umieszczono w zbiorniku wlewowym formy. Stwierdzono korzystny wpływ łączonej modyfikacji na makrostrukturę (kryształy równoosiowe) i właściwości mechaniczne. Potwierdzono oddziaływanie aktywnych składników obecnych w stopach niklu i materiale filtrów. Szczególnie silny efekt rozdrobnienia makrostruktury kryształów równoosiowych uzyskano dla stopu MAR-247, który zawiera najbardziej aktywne chemicznie dodatki Hf, Ta i Nb. Opracowano hipotetyczny model modyfikacji powierzchniowej i objętościowej. Stwierdzono istotny wpływ temperatury odlewania stopu na efekt modyfikowania. Efekt modyfikowania jest szczególnie widoczny przy temperaturze odlewania poniżej 1440°C.