การศึกษาผลของการเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ผงซิลิกอนไดออกไซด์ต่อโครงสร้างจุลภาค และพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของชั้นสารประกอบเชิงโลหะนิกเกิล-อะลูมิเนียมบนโลหะผสมพิเศษ IN800HT

Abstract

ในงานวิจัยนี้ศึกษาผลของเติม SiO2 ในกระบวนอะลูมิไนซิงแบบผงชนิด high-activity โลหะผสมพิเศษ IN800HT ที่มีการเจือซิลิกอนในช่วง 0-37.5 at% อ้างอิงจากสัดส่วนของซิลิกอนที่ได้และอะลูมิเนียมที่เหลือจากปฏิกิริยารีดักชัน โดยวิเคราะห์ผ่านโครงสร้างจุลภาค องค์ประกอบทางเคมี และชนิดของสารประกอบอะลูมิไนด์ของชั้นเคลือบที่เกิดขึ้นจากการเตรียมที่อุณหภูมิ 1000 °C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จากการทดลองพบว่า ชั้นเคลือบของตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอนประกอบไปด้วย 3 ชั้นย่อย คือ (i) ชั้นนอกที่ของผสมระหว่างสารประกอบอะลูนิไนด์ที่มีความเข้มข้นของอะลูมิเนียมสูง (ii) ชั้นกลางที่มีสารประกอบอะลูมิไนด์ hyperstoichiometric β-(Fe,Ni)Al เป็นหลัก และ (iii) ชั้น interdiffusion zone (IDZ) ที่เป็นชั้นในสุด ซึ่งบ่งบอกถึงการแพร่ของอะลูมิเนียมเข้าไปในโลหะผสมพิเศษ IN800HT ความหนาของแต่ละชั้นย่อยได้รับผลกระทบจากปริมาณ SiO2 ที่เติมลงไป การละลายของซิลิกอนในสารประกอบอะลูมิไนด์มีปริมาณน้อยกว่า 5 at.% เมื่อมีการเจือซิลิกอนในปริมาณสูงขึ้น จะเกิดการแยกตัวของซิลิกอน (Si segregation) บริเวณชั้น IDZ หรือพื้นที่แยกตัวในชั้นกลางของตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน การเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ซิลิกอนไดออกไซด์ประสบความสำเร็จเนื่องจากการลดลงของ thermodynamic activity ของ Al สำหรับการทดสอบ cyclic oxidation ที่อุณหภูมิ 1,000°C ภายใต้สภาวะบรรยากาศอากาศแห้งเป็นระยะเวลา 104 ชั่วโมง พบว่า ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอนมีการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ sub-parabolic growth เกิดขึ้นในกรณีของ (1) โลหะผสมพิเศษ IN800HT (3) ตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน และ (3) เจือซิลิกอนในปริมาณ 37.5 at% มี ในขณะที่ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน 12.5 at% และ 25.0 at% มีพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ linear growth เป็นหลัก