Beneficial and detrimental Effects of Nitrogen on the oxidation behaviour of TiAl-based intermetallics

• Published in: Materials and corrosion 1997-01, Vol.48 (1), p.28-34
• Main Authors: Schaaf, P., Quadakkers, W. J., Zheng, N., Wallura, E., Gil, A.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Corrosion; Corrosion environments; Exact sciences and technology; Metals. Metallurgy
• ISSN: 0947-5117; 0043-2822; 1521-4176
• DOI: 10.1002/maco.19970480106

The isothermal oxidation of binary and ternary, Nh‐containing titanium aluminides was studied at 900°C in air and Ar/O2. It was found that the presence of nitrogen in the atmosphere is in some cases beneficial, in others detrimental. For an interpretation of the effects of nitrogen it is necessary to consider the various oxidation stages in which the mechanisms of titanium aluminide oxidation fundamentally differ. For High‐Al alloys, which tend to form protective alumina based scales in the early oxidation stages, nitrogen always scenes to he detrimental because it promotes the formation of a more rapidly growing mixed alumina/titania scale. After this shift to mixed oxide scales, nitrogen can be detrimental as well as beneficial. It is proposed that the last mentioned case prevails if a near‐continuous Ti‐rich nitride layer is stable at the oxide/alloy interface, thereby preventing internal oxidation of aluminium. This beneficial effect, of nitrogen was found under all studied conditions for the Nb‐containing alloys but only in some cases for the binary alloys. Positive und schädliche Effekte von Stickstoff auf das Oxidationsverhalten von Titanaluminiden Das isotherme Oxidationsverhalten von binären und ternären Nb‐haltigen Titanaluminiden bei 900°C wurde in Ar/O2 und Luft untersucht. Die Ergebnisse zeigten, daß die Anwesenheit von Stickstoff in der Atmosphäre sich in einigen Fällen positiv, in anderen Fällen negativ auf die Oxidationsbeständigkeit auswirkt. Für die Interpretation des N2‐Effektes ist es nötig zu berücksichtigen, daß die TiAl‐Oxidation verschiedene Stadien durchläuft, in denen sich die Oxidationsmechanisnmen deutlich unterscheiden. Bei hoch Al haltigen Legierungen, die zur Bildung von schützenden Al2O3‐reichen Schichten in den Anfangsstadien der Oxidation tendieren, scheint Stickstoff immer eine schädliche Wirkung zu besitzen, da es die Bildung einer schnellwachsenden Al2O3/TiO2‐Mischoxidschicht begünstigt. Nach dem Übergang der schützenden Al2O3‐reichen Schicht zu einer Mischoxidschicht kann N2 sich sowohl negativ als auch positiv auswirken. Die vorliegenden Ergebnisse deuten an, daß letztgenannter Fall vorliegt, wenn sich eine annähernd geschlossene Ti‐reiche Nitridschicht an der Oxid/Legierungsgrenzfläche bildet, wodurch innere Oxidation von Al verhindert wird. Dieser positive Effekt von Stickstoff wurde unter allen Versuchsbedingungen für die Nb‐haltigen Legierungen beobachtet, jedoch nur in einigen Fällen für die binären Legierungen.