Effects of chromium on crack growth and oxidation in nickel aluminide

The influence of chromium additions on crack growth and oxidation have been examined in the nickel aluminide, Ni 3Al. Crack growth rates were measured in a chromium containing alloy as a function of stress intensity at temperatures between 600 and 760°C in air, together with rates of oxide film growth, and compared with previous measurements taken from Ni 3Al. The mechanisms of crack propagation and oxidation were investigated with a range of analytical techniques, including SEM, AES, XPS, SIMS, TEM and STEM. An addition of 8% chromium had a significantly beneficial effect on both crack growth resistance and oxidation resistance between 600 and 760°C. Low oxidation rates were associated with the formation of Cr 2O 3 together with Al 2O 3 at the metal/oxide interface, consistent with chromium acting initially as an oxygen getter, and promoting the formation of a protective Al 2O 3 layer, with little internal oxidation. It is proposed that chromium was also responsible for inhibiting oxygen access to and diffusion along grain boundaries at crack tips, modifying the mechanism of crack propagation from “step-wise cracking”, dominated by oxygen embrittlement (observed in the absence of chromium), to a more conventional creep crack growth process. On examine dans l'aluminiure de nickel Ni 3Al l'influence d'additions de chrome sur la croissance des fissures et sur l'oxydation. Les vitesses de croissance des fissures sont mesurées dans un alliage contenant du chrome en fonction de l'intensité de la contrainte à des températures comprises entre 600 et 760°C à l'air; on mesure de même les vitesses de croissance du film d'oxyde, et on compare ces résultats à des mesures antérieures effectuées sur Ni 3Al. Les mécanismes de propagation des fissures et d'oxydation sont étudiés par une série de techniques d'analyse (MEB, AES, XPS, SIMS, MET et STEM). Une addition de 8% de chrome a uneeffet bénéfique significatif à la fois sur la résistance à la croissance des fissures et sur la résistance à l'oxydation entre 600 et 760°C. Les faibles vitesses d'oxydation sont associées à la formation de Cr 2O 3 ainsi que de Al 2O 3 à l'interface métal/oxyde; ce résultat est en accord avec l'hypothèse suivante: le chrome jouerait initialement le rôle de capteur d'oxygène et favoriserait la formation d'une couche protectrice de Al 2O 3 avec une faible oxydation interne. On propose aussi que le chrome empêche l'oxygène d'accéder aux joints de grains et de diffuser le long de ceux-ci aux ext