C103 oksidēšanās atteices mehānismi virs 1200 grādiem

Nb-Hf C103 sakausējumstiek plaši izmantots augstas -temperatūras aviācijas un termiskās sistēmas komponentos, jo ir lieliska šļūdes pretestība un izturības saglabāšana. Tomēr, darbojoties temperatūrā virs 1200 grādiem, oksidācija kļūst par dominējošo atteices faktoru, nevis mehāniska degradācija. Izpratne par C103 oksidācijas atteices mehānismiem ir būtiska materiāla izvēlei, virsmas aizsardzībai un kalpošanas laika novērtēšanai.

C103 ir ugunsizturīgs sakausējums ar niobija matricu, kas pēc savas būtības reaģē ar skābekli paaugstinātā temperatūrā.

Zem ~1000 grādiem oksidēšanās progresē lēni un var veidot nepārtrauktus oksīda slāņus. Kad temperatūra pārsniedz 1200 grādus, oksidācijas kinētika strauji paātrinās, jo:

• Palielināts skābekļa difūzijas ātrums Nb matricā
• Virsmas oksīdu nestabilitāte termiskā stresa ietekmē
• Jebkuru dabiski izveidoto pasīvo slāņu sadalījums

Šajā posmā oksidācijas atteice vairs nav lineāra, bet eksponenciāla atkarībā no temperatūras un ekspozīcijas laika.

C103 primārie oksidācijas produkti ir niobija oksīdi, galvenokārt Nb2O5. Šiem oksīdiem augstā temperatūrā ir vairākas nelabvēlīgas īpašības:

• Augsts augšanas ātrums ar sliktu pieķeršanos
• Liela apjoma paplašināšanās, radot iekšējos spriegumus
• Zema mehāniskā integritāte, nosliece uz plaisāšanu un plaisāšanu

Oksīda slāņiem plaisājot vai noloboties, svaiga metāla virsma tiek nepārtraukti pakļauta, izraisot paši{0}}paātrinošu oksidācijas ciklu. Šis mehānisms ir galvenais oksidācijas -izraisītā materiāla zuduma cēlonis C103 temperatūrā virs 1200 grādiem.

Papildus virsmas degradācijai skābeklis iekļūst sakausējuma substrātā caur graudu robežām un defektiem. Tā rezultātā rodas:

• Zem virsmas veidojas trausls slānis, kas bagātināts ar skābekli
• Ievērojams elastības samazinājums
• Paaugstināta jutība pret termisko šoku un mehāniskām plaisām

Pat tad, ja virsmas oksīdi tiek noņemti, pazemes trauslums paliek neatgriezenisks, bieži vien nosakot C103 komponentu --īstās dzīves beigas oksidējošā vidē.

C103 sastāvā esošais hafnijs pozitīvi ietekmē, uzlabojot augstas-temperatūras izturību un šļūdes izturību. Tomēr tā ietekme uz oksidāciju ir ierobežota bez aizsardzības pasākumiem:

• Hf oksīdi var lokāli uzlabot oksīda adhēziju
• Kopējo oksidācijas pretestību joprojām regulē Nb matrica
• Hafnijs neveido nepārtrauktu, aizsargājošu oksīda skalu

Tāpēc sakausējuma sastāvs vien nevar novērst oksidēšanās traucējumus temperatūrā, kas pārsniedz 1200 grādus.

Reālās augstas temperatūras{0}}sistēmās C103 oksidācijas kļūme parasti izpaužas kā:

• Progresīvs biezuma zudums oksīda izslāņošanās dēļ
• Virsmas plaisāšana, kas izraisa strukturālā sprieguma koncentrāciju
• Pēkšņs lūzums pēc termiskā cikla
• Plānas{0}}sienu komponentu izmēru stabilitātes zudums

Šīs atteices bieži rodas, pirms tiek sasniegtas šļūdes vai kušanas robežas, padarot oksidāciju par primāro ierobežojošo faktoru.

Lietojumprogrammām, kurās C103 ir virs 1200 grādiem gaisā vai skābekli saturošā vidē, oksidēšanās ir jārisina sistēmas līmenī:

• Aizsargpārklājumu (silicīda, aluminīda vai keramikas sistēmu) izmantošana
• Darbība vakuumā vai inertā atmosfērā
• Projektēšanas pielaides ar oksidāciju{0}}saistītajiem materiāla zudumiem
• Stingra ekspozīcijas laika kontrole pīķa temperatūrā

Bez šiem pasākumiem neaizsargāts C103 jāuzskata par nepiemērotu ilgstošai darbībai virs 1200 grādiem.

C103 oksidācijas atteices mehānismos virs 1200 grādiem dominē strauja oksīda augšana, oksīda izslāņošanās un skābekļa -izraisīta trauslums, nevis mehāniska pārslodze. Lai gan C103 joprojām ir augstas veiktspējas ugunsizturīgs sakausējums, tā raksturīgā oksidācijas pretestība ir ierobežota, tāpēc vides kontrole un virsmas aizsardzība ir ļoti svarīga uzticamai darbībai augstā temperatūrā.