Micromechanisms of metal dusting on Fe-base and Ni-base alloys

Abstract

Phenomena of metal dusting on iron and nickel (and their alloys) were studied by characterizing both microstructure and nanochemistry of the reaction zones using TEM and AEM techniques. While in case of iron a metastable carbide (cementite) is formed nickel directly disintegrates. In the chromium-rich steel HK40 and the chromium-rich Ni-base alloy Inconel 600 some microstructural chromium dependent features were observed with protective effects against metal dusting. Independent of these differences, in all groups of materials a fundamental common starting mechanism on the atomic scale could be deduced, which first of all comprises the arrangement of basal graphite lattice planes perpendicularly oriented to the carbide (or metal) surface acting as active sites in the disintegration process. Mikromechanismen beim Metal Dusting von Eisen- und Nickelbasislegierungen Unter Verwendung von TEM- und AEM-Techniken wurden sowohl die Mikrostruktur als auch die Nanochemie der beim Metal Dusting von Eisen und Nickel (und deren Legierungen) auftretenden Reaktionszonen charakterisiert. Während im Falle von Eisen ein metastabiles Carbid (Zementit) gebildet wird, zerfällt Nickel direkt. Im chromreichen Stahl HK40 und in der ebenfalls Chrom enthaltenden Nickelbasislegierung Inconel 600 wurden mikrostrukturelle Prozesse mit einer Schutzwirkung gegen Metal Dusting beobachtet. Unabhängig von diesen Unterschieden wirkt in allen untersuchten Materialgruppen auf atomarem Niveau ein gemeinsamer, grundlegender Schädigungsmechanismus: Basisebenen des Graphitgitters wachsen senkrecht auf die Carbid- (bzw. Nickel-) Oberfläche auf, wobei ihre reaktiven, frei endenden Kanten als aktive Zentren beim Zerfallsprozeß der Materialien fungieren.