A Study on the Oxidation Behavior of Nitrided Waspaloy Alloy

Mehmet Masum Tünçay

Makale detayları

A Study on the Oxidation Behavior of Nitrided Waspaloy Alloy

Yazarlar:

Mehmet Masum Tünçay

Yayıncı:

Marmara University

Ana Başlıklar:

Malzeme Bilimi ve Teknolojileri | Metaller ve Alaşım Malzemeleri

Dergi:

International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences Vol.37 Issue 1, pp.19-26

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

3/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001342792

pISSN:

2636-8277

Anahtar kelimeler:

Özet:

 Waspaloy, a nickel-based superalloy, is widely used in high-temperature applications such as gas turbines. Enhancing the operating temperature limits of superalloys often involves adding elements like chromium, aluminum, tantalum, and hafnium or applying surface treatments such as PVD, CVD, diffusion coatings, and thermal barrier coatings. This study investigates the oxidation resistance of Waspaloy following gas nitriding, a process that enhances hardness and wear resistance by forming a CrN phase through nitrogen diffusion. Nitrided samples were subjected to isothermal oxidation at 1175C for 48, 96, and 288 hours, with weight gains of 0.01, 0.03, and 0.45 grams, respectively. Cross-sectional microstructures were analyzed via SEM, and surface characterization was performed using XPS. Oxidation began after 48 hours, with significant progression by 288 hours. XPS analysis of the 288-hour sample revealed Co and O peaks, suggesting the formation of cobalt-containing oxides. Interior microhardness measurements, to evaluate changes in mechanical performance after isothermal oxidation, showed reductions from 4577 HV0.2 pre-oxidation to 3739 HV0.2 and 3477 HV0.2 after 48 and 288 hours, respectively. This hardness decrease is linked to potential precipitate dissolution andor precipitate depletion due to possible internal oxidation at grain boundaries. The findings suggest that gas nitriding does not sufficiently improve Waspaloys oxidation resistance at 1175C. Detailed characterization of oxides and metallurgical degradation is recommended for future studies.

 Waspaloy, a nickel-based superalloy, is widely used in high-temperature applications such as gas turbines. Enhancing the operating temperature limits of superalloys often involves adding elements like chromium, aluminum, tantalum, and hafnium or applying surface treatments such as PVD, CVD, diffusion coatings, and thermal barrier coatings. This study investigates the oxidation resistance of Waspaloy following gas nitriding, a process that enhances hardness and wear resistance by forming a CrN phase through nitrogen diffusion. Nitrided samples were subjected to isothermal oxidation at 1175C for 48, 96, and 288 hours, with weight gains of 0.01, 0.03, and 0.45 grams, respectively. Cross-sectional microstructures were analyzed via SEM, and surface characterization was performed using XPS. Oxidation began after 48 hours, with significant progression by 288 hours. XPS analysis of the 288-hour sample revealed Co and O peaks, suggesting the formation of cobalt-containing oxides. Interior microhardness measurements, to evaluate changes in mechanical performance after isothermal oxidation, showed reductions from 4577 HV0.2 pre-oxidation to 3739 HV0.2 and 3477 HV0.2 after 48 and 288 hours, respectively. This hardness decrease is linked to potential precipitate dissolution andor precipitate depletion due to possible internal oxidation at grain boundaries. The findings suggest that gas nitriding does not sufficiently improve Waspaloys oxidation resistance at 1175C. Detailed characterization of oxides and metallurgical degradation is recommended for future studies.

 Waspaloy, a nickel-based superalloy, is widely used in high-temperature applications such as gas turbines. Enhancing the operating temperature limits of superalloys often involves adding elements like chromium, aluminum, tantalum, and hafnium or applying surface treatments such as PVD, CVD, diffusion coatings, and thermal barrier coatings. This study investigates the oxidation resistance of Waspaloy following gas nitriding, a process that enhances hardness and wear resistance by forming a CrN phase through nitrogen diffusion. Nitrided samples were subjected to isothermal oxidation at 1175C for 48, 96, and 288 hours, with weight gains of 0.01, 0.03, and 0.45 grams, respectively. Cross-sectional microstructures were analyzed via SEM, and surface characterization was performed using XPS. Oxidation began after 48 hours, with significant progression by 288 hours. XPS analysis of the 288-hour sample revealed Co and O peaks, suggesting the formation of cobalt-containing oxides. Interior microhardness measurements, to evaluate changes in mechanical performance after isothermal oxidation, showed reductions from 4577 HV0.2 pre-oxidation to 3739 HV0.2 and 3477 HV0.2 after 48 and 288 hours, respectively. This hardness decrease is linked to potential precipitate dissolution andor precipitate depletion due to possible internal oxidation at grain boundaries. The findings suggest that gas nitriding does not sufficiently improve Waspaloys oxidation resistance at 1175C. Detailed characterization of oxides and metallurgical degradation is recommended for future studies.

 Nikel bazlı bir süper alaşım olan Waspaloy gaz türbinleri gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılmaktadır. Süper alaşımların kullanım sıcaklıklarının daha da arttırılması için krom, alüminyum, tantal, hafniyum gibi farklı element ilaveleri ya da fiziksel buhar biriktirme, kimyasal buhar biriktirme, difüzyon kaplama, thermal bariyer kaplama gibi yüzey işlemleri uygulanabilmektedir. Bu çalışmada, gaz nitrasyon işlemi sonrası Waspaloyun oksidasyon direnci incelenmiştir. Gaz nitrasyonu, azot iyonlarının malzeme yüzeyine difüzyonunu sağlayarak CrN fazı oluşturmasıyla sertlik ve aşınma direncini arttırmayı amaçlar. Nitrasyon uygulanmış numuneler, 48, 96 ve 288 saat boyunca 1175Cde izotermal oksidasyona tabi tutulmuştur ve ağırlık kazanımları sırasıyla 0,01, 0,03 ve 0,45 gram olarak ölçülmüştür. Oksidasyon sonrası mikroyapının kesit görüntüleri SEM ile incelenmiş ve yüzeye XPS işlemi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre, 48 sa numunesinden itibaren bir miktar oksitlenme başlamakla birlikte 288 sa sonunda oksidasyon şiddetinde dikkate değer bir artış olmuştur. XPS analizlerinde 288 saatlik numunede ilave Co ve O pikleri tespit edilmiştir; bu, kobalt içerikli oksit oluşumuna işaret etmektedir. İzotermal oksidasyon işlemi sonrası numunenin mekanik performansındaki değişimi gözlemlemek amacıyla iç bölgeden mikrosertlik ölçümü alınmıştır. Numunelerin oksidasyon öncesi ve 48 sa, 288 sa oksidasyon sonrası iç bölge sertlikleri ise sırasıyla 4577, 3739, 3477 HV0,2 olarak ölçülmüştür. Sertlikteki düşüş olası çökelti çözünmesi veveya tane sınırlarında meydana gelen ve buralardaki çökeltilerin olası iç oksidasyonu ile oluşan çökelti azalması ile ilişkilendirilebilir. Ağırlık kazanımları, SEM kesit görüntüleri ve XPS analizlerine göre gaz nitrasyonunun, 1175Cde Waspaloyun oksidasyon direncini artırmada yeterli koruma sağlayamadığı düşünülebilir. Bununla birlikte, gelecekteki çalışmalarda daha detaylı bir oksit karakterizasyonu ve metalurjik yapı bozunması analizi tavsiye edilmektedir.

Makale detayları

A Study on the Oxidation Behavior of Nitrided Waspaloy Alloy

Yazarlar:

Mehmet Masum Tünçay

Yayıncı:

Marmara University

Ana Başlıklar:

Malzeme Bilimi ve Teknolojileri | Metaller ve Alaşım Malzemeleri

Dergi:

International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences Vol.37 Issue 1, pp.19-26

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

3/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001342792

pISSN:

2636-8277

Waspaloy

Gas Nitriding

Oxidation

IsothermalWaspaloy

Gaz Nitrasyon

Oksidasyon

İzotermal

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Mehmet Masum Tünçay

Yayıncı: Marmara University

Ana Başlıklar: Malzeme Bilimi ve Teknolojileri | Metaller ve Alaşım Malzemeleri

Dergi: International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences Vol.37 Issue 1, pp.19-26

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 3/2025

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2001342792

pISSN: 2636-8277

Sayı

Yazarlar:

Mehmet Masum Tünçay

Yayıncı:

Marmara University

Ana Başlıklar:

Malzeme Bilimi ve Teknolojileri | Metaller ve Alaşım Malzemeleri

Dergi:

International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences Vol.37 Issue 1, pp.19-26

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

3/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001342792

pISSN:

2636-8277