High-temperature corrosion resistance of (TiAlTaZrNb)N coatings deposited via HiPIMS

The continuous development of turbine engines, both for aviation and energy production applications, increases the strain on the materials currently used for their fabrication. The increase in combustion temperature, essential to lower fuel consumption of the engines, causes higher thermal stresses in the components. The need to develop new techniques and materials that better resist these harsh environments is necessary for environmental and economical reasons,as well as to prevent failures in applications that are critical for modern life. The subject of this thesis is the deposition via HiPIMS of a (TiAlTaZrNb)N high-entropy alloy coating on a Haynes 282 substrate to determine its resistance to high temperature corrosion. High-entropy alloy (HEA) coatings are a family of coatings that is seeing an incredible development and that have been successfully applied in various fields of engineering. (TiAlTaZrNb)N is a HEA nitride coating that hasn’t been synthe sized yet but its high-temperature properties are promising. HiPIMS is an innovative sputtering technique that allows the deposition of coatings with denser and more con trolled microstructures with respect to more conventional thin-films deposition methods, but it is not yet widely adopted in the deposition of high-entropy alloy coatings. Haynes 282 is part of the nickel-based superalloys family and possesses great properties at high temperatures. The performance of the coated specimens will be compared to that of the bare Haynes 282 substrates via mass-gain analysis, X-ray diffractometry and composi tional and microstructural analysis, after being subjected to high temperature corrosion tests.

Il continuo sviluppo dei motori a turbina, sia per l’aviazione che per la produzione di ener gia, aumenta le sollecitazioni sui materiali attualmente utilizzati per la loro fabbricazione. L’aumento della temperatura di combustione, essenziale per ridurre il consumo di carbu rante dei motori, provoca maggiori sollecitazioni termiche nei componenti. La necessità di sviluppare nuove tecniche e materiali che resistano meglio a questi ambienti ostili è neces saria per ragioni ambientali ed economiche, oltre che per prevenire guasti in applicazioni critiche per la vita moderna. L’oggetto di questa tesi è la deposizione tramite HiPIMS di un rivestimento in lega (TiAlTaZrNb)N ad alta entropia su un substrato Haynes 282 per determinarne la resistenza alla corrosione ad alta temperatura. I rivestimenti in lega ad alta entropia (HEA) sono una famiglia di rivestimenti che sta conoscendo un incredibile sviluppo e che sono stati applicati con successo in vari campi dell’ingegneria. (TiAl TaZrNb)N è un rivestimento di nitruro HEA che non è ancora stato sintetizzato, ma le sue proprietà ad alta temperatura sono promettenti. HiPIMS è una tecnica di sputtering innovativa che consente la deposizione di rivestimenti con microstrutture più dense e con trollate rispetto ai metodi più convenzionali di deposizione di film sottili, ma non è ancora ampiamente adottata nella deposizione di rivestimenti in lega ad alta entropia. Haynes 282 fa parte della famiglia delle superleghe a base di nichel e possiede ottime proprietà alle alte temperature. Le prestazioni dei campioni rivestiti saranno confrontate con quelle dei substrati Haynes 282 puri attraverso l’analisi dell’aumento di massa, la diffrattometria a raggi X e l’analisi compositiva e microstrutturale, dopo essere stati sottoposti a test di corrosione ad alta temperatura.