Struktura i właściwości warstw kompozytowych typu Al2O3 + Al-Ni na stopie Inconel 600 wytwarzanych metodą dwustopniową

W artykule przedstawiono wyniki badań warstw z faz międzymetalicznych typu Al-Ni z zewnętrzną strefą tlenku Al2O3 opierających się na metodzie dwustopniowej (typu duplex), polegającej na utlenianiu w warunkach wyładowania jarzeniowego podłoży ze stopu Inconel, uprzednio pokrytych powłoką aluminium osadzaną metodą rozpylania magnetronowego. Proces utleniania realizowany w temperaturze 560 °C przez 4 godz. prowadzi do dyfuzyjnego przekształcenia powłoki aluminium i sąsiadujących z nią obszarów podłoża w kompozytową warstwę typu Al2O3 + AlNi + AlCr2 + AlNi3 + Cr (Fe,Ni) + Ni (Cr, Fe, Al) o grubości 15 žm. Otrzymana warstwa wykazuje złożoną wielostrefową strukturę. Powierzchnię warstwy tworzy cienka strefa nanokrystalicznego tlenku aluminium Al2O3. Pokrywa ona główną strefę warstwy zbudowaną z fazy AlNi. W strefie tej, w pobliżu granicy z tlenkiem aluminium, występują drobne aglomeraty nanokrystalicznego Al2O3. W przypowierzchniowej części tej strefy występują również wydzielenia fazy AlCr2. Strefę AlNi oddziela od podłoża strefa dyfuzyjna typu Ni (Cr, Fe, Al), w obszarze tym występują również nieliczne ziarna fazy Ni3Al oraz skupiska ziaren fazy Cr(Fe, Ni). Strefa ta jest silnie wzbogacona w chrom. Fakt ten sugeruje, że wzrost strefy AlNi wywołuje dyfuzję wsteczną, w kierunku podłoża ze stopu Inconel. Obecność warstw faz międzymetalicznych typu Al-Ni z zewnętrzną strefą tlenku Al2O3 wywołuje wzrost twardości do 730 HV0,05 oraz znaczącą poprawę odporności na zużycie przez tarcie i korozję.

---

The duplex technique which combines glow discharge assisted oxidizing with precoating the Inconel 600 substrate with aluminum by magnetron sputtering (Fig. 1,2) was used to produce Al-Ni intermetallic layers, with an external Al2O3 surface zone (Fig. 2, 3, 6). The oxidizing process carried out at 560 °C for 4h leads to a diffusion-induced transformation of the aluminum coating and the adjacent Inconel zone into a 15 žm thick composite layer of the Al2O3+AlNi + AlCr2 + AlNi3+ Cr (Fe, Ni)+ Ni(Cr, Fe, Al) type. The layer exhibits the complex multi zone structure (Fig. 4). The surface of the layer was constituted by a tin nanocrystalline Al2O3 zone. The oxide zone covers the main zone of the layer that is composed of the AINi intermetallic phase. In this zone, near its interface with the oxide zone, there occur small agglomerates of nanocrystalline Al2O3. The upper and thicker part of the AINi zone contains precipitates of the AlCr2 phase. The AINi zone is separated from Inconel by a diffusion zone of the Ni (Cr, Fe, Al) type. This region contains individual Ni3Al grains and also groups of the Cr(Fe, Ni) phase grains and, thus, locally, it is strongly enriched with chromium (Fig. 5). This suggests that the formation of the AINi zone induces a sort of an ,,up hill" diffusion effect of chromium into the Inconel substrate. The presence of the intermetallic Al-Ni layer with an external Al2O3 surface zone result in the surface hardness increase to about 730 HV0.05 and also in the significant wear (Fig. 7, 8) and corrosion resistance (Fig. 9) improvement.