La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00109

特殊钢 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 104-110.DOI: 10.20057/j.1003-8620.2024-00109

La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响

韩伟豪^1，2，余建波^1，2，任忠鸣^1，2

1 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444；
2 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444

收稿日期:2024-04-25 出版日期:2024-07-30 发布日期:2024-08-01
通讯作者: 余建波
作者简介:韩伟豪（1999—），男，硕士
基金资助:
国家科技重大专项（项目号J2019-VI-0023-0140）

Effect of La on Mould Wettability and Interfacial Reaction between CMSX-4 Single Crystal Alloy and Ceramic Mould

Han　Weihao^1，2， Yu　Jianbo^1，2， Ren　Zhongming^1，2

1 State Key Laboratory of Advanced Special Steel， Shangahi 200444， China；
2 Shanghai University， Shangahi 200444， China

Received:2024-04-25 Published:2024-07-30 Online:2024-08-01

摘要/Abstract

摘要： 为了获取高质量的含稀土单晶叶片，采用座滴法研究了La含量对CMSX-4单晶合金与陶瓷型壳润湿性及界面反应的影响。实验结果表明，添加90×10^-6 La时，合金与型壳的润湿角略有下降，合金中仅发现Al与型壳中的SiO₂发生反应，形成产物为Al₂O₃；当合金中w［La］达到143×10^-6时，合金与型壳的润湿角显著下降，合金中的La和Al都与型壳中的SiO₂发生反应；随后继续增加La含量，界面处析出不同La、Al原子比的铝酸镧化合物，润湿角变化不大。由此可见，实验中，143×10^-6为CMSX-4单晶合金中La发生界面反应的临界含量，而且，La与SiO₂的反应可以提高合金/型壳体系的润湿性。

关键词: La含量, CMSX-4单晶合金, 润湿性, 界面反应

Abstract: In order to obtain high-quality rare earth containing single crystal blades， the effect of La content on the wettability and interface reaction between CMSX-4 single crystal alloy and ceramic mould was studied by the droplet method.The experimental results show that when the 90×10^-6 La is added， the wetting angle between the alloy and the mould decreases slightly， and only Al reacts with SiO₂ in the mould and the reaction product is Al₂O₃. When the La content in the alloy reaches 143×10^-6， and the wetting angle between the alloy and the mould decreases significantly， and both La and Al in the alloy react with SiO₂ in the mould. Subsequently the La content continue to increase， and the lanthanum aluminate compounds with different La and Al atomic ratios are precipitated at the interface， and the wetting angle changes little. It can be seen that in the present experitment 143×10^-6 is the critical content of interfacial reaction of La in CMSX-4 single crystal alloy， and the reaction between La and SiO₂ can improve the wettability of the alloy/mould system.

Key words: La Content, CMSX-4 Single Crystal Alloy, Wettability, Interfacial Reaction

中图分类号:

TG249.5

韩伟豪, 余建波, 任忠鸣. La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响[J]. 特殊钢, 2024, 45(4): 104-110.

Han　Weihao, Yu　Jianbo, Ren　Zhongming. Effect of La on Mould Wettability and Interfacial Reaction between CMSX-4 Single Crystal Alloy and Ceramic Mould[J]. Special Steel, 2024, 45(4): 104-110.

参考文献

［1］ Xia W S， Zhao X B， Yue L， et al. A review of composition evolution in Ni-based single crystal superalloys［J］. Journal of Materials Science & Technology， 2020， 44： 76-95.
［2］ Weng F， Yu H J， Chen C Z， et al. High-temperature oxidation behavior of Ni-based superalloys with Nb and Y and the interface characteristics of oxidation scales［J］. Surface and Interface Analysis， 2015， 47（3）： 362-370.
［3］杨　浩，王方军，李　采，等. 镍基高温合金的熔炼工艺研究进展［J］. 特殊钢， 2023， 44（3）： 1-9.
［4］ Cao S T， Yang Y Q， Chen B， et al. Influence of yttrium on purification and carbide precipitation of superalloy K4169［J］. Journal of Materials Science & Technology， 2021， 86： 260-270.
［5］吴翔宇，董丙成，王梓菲，等. La-Ce对GCr15轴承钢中夹杂物的改质效果及机理［J］. 特殊钢， 2024， 45（2）： 39-45.
［6］ Pang H T， Edmonds I M， Jones C N， et al. Effects of Y and La additions on the processing and properties of a second generation single crystal Nickel-base superalloy CMSX-4［J］. Superalloys， 2012， 2012： 301-310.
［7］姚建省，唐定中，李　鑫，等. Al₂O₃型壳与DZ22合金的界面反应研究［J］. 特种铸造及有色合金， 2014， 34（6）： 630-633.
［8］ Orlov M R. Pore formation in single-crystal turbine rotor blades during directional solidification［J］. Russian Metallurgy （Metally）， 2008， 2008（1）： 56-60.
［9］ Leyland S P， Edmonds I M， Irwin S， et al. The distribution and retention of yttrium and lanthanum in cast single crystal superalloys［C］//Superalloys 2016： Proceedings of the 13 th Intenational Symposium of Superalloys. Hoboken， NJ， USA： John Wiley & Sons， Inc.， 2016： 247-256.
［10］ Lin K F， Lin C C. Interfacial reactions between Ti-6Al-4V alloy and zirconia mold during casting［J］. Journal of Materials Science， 1999， 34（23）： 5899-5906.
［11］ Wang H， Shang G， Liao J， et al. Experimental investigations and thermodynamic calculations of the interface reactions between ceramic moulds and Ni-based single-crystal superalloys： Role of solubility of Y in the LaAlO₃ phase［J］. Ceramics International， 2018， 44（7）： 7667-7673.
［12］訾　赟. Re和Y元素对高温合金熔体与陶瓷材料界面反应的影响［D］. 合肥：中国科学技术大学， 2020.
［13］ Saiz E， Cannon R， Tomsia A. Reactive spreading： Adsorption， ridging and compound formation［J］. Acta Materialia， 2000， 48（18-19）： 4449-4462.
［14］ Ropp R C， Carroll B. Solid-state kinetics of LaAl₁₁O₁₈［J］. Journal of the American Ceramic Society， 1980， 63（7-8）： 416-419.
［15］ Aksay Ilhan A， Hoge Carl E， Pask Joseph A. Wetting under chemical equilibrium and nonequilibrium conditions［J］. The Journal of Physical Chemistry， 1974， 78（12）： 1178-1183.
［16］王淑兰. 物理化学［M］. 4版. 北京：冶金工业出版社， 2013.
［17］梁英教，车荫昌. 无机物热力学数据手册［M］. 沈阳：东北大学出版社， 1993.
［18］ Duan Gchaoduan， Shi Xiao， Yang Wensheng， et al. Determination of thermodynamic properties in full composition range of Ti-Al binary melts based on atom and molecule coexistence theory［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2018， 28（6）： 1256-1264.
［19］王零森. 特种陶瓷［M］. 2版. 长沙：中南大学出版社， 2005.
［20］薛　明. 定向凝固过程中陶瓷与高温合金界面研究［D］. 北京：清华大学， 2007.

La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响

Effect of La on Mould Wettability and Interfacial Reaction between CMSX-4 Single Crystal Alloy and Ceramic Mould

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 1

编辑推荐

Metrics

本文评价