الملخص

أجريت تجارب الأكسدة في درجات حرارة ثابتة على سبيكة Ti-46.7Al-1.9W-0.5Si في وسط خليط من غازيِ الارجون والأكسجين (Ar-O2) وباختلاف المحتوي من غاز الأكسجين وفي درجات حرارة 750 و 850 و 950 درجة مئوية وضغوط أكسجينية 0.05, 0.2, 0.8 ضغط جوي وذلك لدراسة سلوك أكسدة السبيكة في أجواء مختلفة من الغازات المتفاعلة. تم الحصول على العديد من نتائج SEM/EDX عن طبقة الصدأ (صور وتركيب لطبقة الصدأ المتكونة) لسبيكة TiAl–γ عند درجات الحرارة 750 و 850 و 950 درجة مئوية على التوالي وزمن تعريض حتى 240 ساعة. طبقة الصدأ التي تكونت على السبيكة عند درجة حرارة 750 درجة مئوية وفي وسط Ar-5%O2 كانت مشابهه نسبيا لتلك الطبقة في وسط Ar-80%O2 عند نفس درجة الحرارة. تلك الطبقة كانت واضحة بصورة أكثر في الوسط Ar-5%O2 حيث لوحظ وجود شقوق في طبقة الصدأ في اتجاهات متعامدة على الحد الفاصل بين طبقة الصدأ وجسم السبيكة. نتائج أنماط XRD للعينات المتأكسدة في الوسطين المذكورين تعطي مؤشرا على وجود TiO2 و Al2O3 , كما أن نتائج EDX توضح وجود خليط متداخل من TiO2 و Al2O3 عوضا عن كونها طبقات متعامدة من TiO2 و Al2O3 في صورة منفردة. سمك طبقة الصدأ في الوسط Ar-5%O2 بقي أكبر منها في وسط Ar-80%O2 عند درجة حرارة 850 درجة مئوية. بعد 5 ساعات وعند درجة حرارة 850 درجة مئوية أظهرت نتائج EDX أن الصدأ المتكون على السبيكة يتكون من /TiO2 Al2O3؛ وبزيادة زمن تعريض العينة عند هذه الدرجة إلي 72 ساعة بدأ ظهور نمط الطبقات المتعددة من TiO2 و Al2O3 و بشكل واضح عند درجة حرارة 950 درجة مئوية. في وسطAr-5%O2 ظهرت نسبة أكثر من TiO2 في طبقة الصدأ المتكونة, بينما في وسط Ar-80%O2 تحول الصدأ إلي طبقة متماسكة من Al2O3 تحوي بعض من الدقائق الغير متصلة من طبقات TiO2 حتى زمن تعريض 240 ساعة. عند تعريض العينة إلي درجة حرارة 950 درجة مئوية في كلا الوسطين Ar-80%O2 و r-5%O2ِA ظهرت العديد من الظواهر المثيرة في طبقة الصدأ نظراَ لنضوب السبيكة من الألمونيوم ازدادت بزيادة الضغط الجزئي الأكسجيني، كما أن سمك المنطقة الناضبة تحت طبقة الصدأ بزيادة زمن تعريض السبيكة في كلا الوسطين حتى زمن قدره 240 ساعة في وسط Ar-80%O2 ، الطبقة المترسبة الداخلية تحولت في معظمها إلي طبقة من Al2O3 تتخللها طبقات قليلة و غير متصلة من TiO2. من الظواهر الأخرى المهمة التي ظهرت في طبقة الصدأ المتكونة في الوسطين: Ar-80%O2 و r-5%O2ِA عند درجة حرارة 950 درجة مئوية وبعد زمن تعريض 240 ساعة هو وجود مسامات بداخل طبقة الصدأ في وسط r-5%O2ِA ووجود فجوات في المنطقة المتاخمة للحد الفاصل بين طبقة الصدأ وجسم السبيكة.

ABSTRACT

Isothermal oxidation experiments were carried out on Ti-46.7Al-1.9W-0.5Si (wt%) alloy in Ar-O2 with various oxygen contents at a temperatures of 750, 850 and 950C and oxygen partial pressures of 0.05, 0.2 and 0.8 atm in order to study the oxidation behavior of the alloy under investigation. The oxidation results of the alloy in different reactive atmospheres show several interesting findings. Typical SEM / EDX scale morphologies and composition of -TiAl at 750, 850 and 950C for up to 240h exposure were carried out. The scale formed in Ar-5% O2 at 750C was relatively similar to that in Ar-80% O2. Very thin layer of internal oxidation in both atmospheres at 750C, but it is more obvious in Ar-5%O2 where the scale showed micro-transverse cracks perpendicular to the scale/alloy interface. The XRD pattern of the oxidised samples in the two atmospheres indicated the presence of both TiO2 and Al2O3. EDX results revealed inter-mixed scale of TiO2 and Al2O3 rather than single multi-layers scale. The scale in Ar-5% O2 remains thicker than that in Ar-80% O2 at 850C. After 5h exposure, EDX analysis revealed that the scale is consisting of TiO2/Al2O3 in Ar-5% O2 and Al2O3/TiO2 in Ar-80%O2. However, the scale in Ar-80%O2 after the same exposure time is a mixture of Al2O3/TiO2. Further increase of the exposure time to 72h the alternating fashion of Al2O3 and TiO2 and the scale becomes more noticeable.
At 950C, the scale in Ar-5%O2 showed substantially more TiO2 content. However, the scale is virtually converted to almost ‘dense’ alumina (Al2O3) containing very thin and discontinuous layers of rutile (TiO2) in Ar-80%O2 even with the increase of exposure time up to 240h. However, more interesting features of the cross-sectioned scales were observed at 950C in both atmospheres. The depletion of aluminum is increased as the oxygen partial pressure increased, also the thickness of the depleted layer increases as the exposure time increased. Further increase in the exposure time for 240h in Ar-80% O2, the internally precipitated layer was converted into Al2O3 oxide layer with trace amounts of discontinuous TiO2 layers. Another important feature of the scale formed in Ar-5% O2 and Ar-80% O2 at 950 C after 240h is the existence of porosities within the scale in Ar-5% O2 and voids at the scale/alloy interface in Ar-80% O2.