Abstract Superalloys are extensively used in the design of combustor components of aero engines because they can withstand high temperature oxidizing environments, while maintaining their strength. This investigation aims at assessing the tribological characteristic of some combustor components candidate cobalt-based and nickel-based superalloys. Three combinations of the alloys were tested at different operating conditions and temperatures; CP1 (Cobalt 1/Cobalt 2), CP2 (Cobalt 2/Nickel 1) and CP3 (Cobalt 1/Nickel 1). The investigation showed that the increase in temperature from 350 °C to 550 °C was associated with a decrease in the coefficient of friction for all tested contact pairs, a decrease in wear coefficient (wear damage) for CP1, and an increase in wear coefficient for CP2 and CP3. Samples analysis using SEM-EDS and Raman Spectroscopy showed that the least wear coefficient exhibited by CP1 at 550 °C, and by CP2 at 350 °C is due to the development of a compacted protective layer of chromium oxide Cr2O3, known for its favourable tribological characteristic, which contributes to load bearing, precludes the metal-metal contact, and reduces the friction and wear damage. On the other hand, the decrease in friction was associated with an increase in wear coefficient for CP2 and CP3 due to the formation of a porous oxide layer with high tungsten trioxide (WO3) content which makes the oxide softer, decreases friction and increases the wear damage in the oxide layer. Material selection maps are presented to aid aero-engine designers.

中文翻译：

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钴基高温合金的高温微动磨损行为比较研究

摘要 高温合金能够承受高温氧化环境，同时保持强度，因此被广泛用于航空发动机燃烧器部件的设计。本研究旨在评估一些燃烧器部件候选钴基和镍基高温合金的摩擦学特性。在不同的操作条件和温度下测试了三种合金组合；CP1（钴 1/钴 2）、CP2（钴 2/镍 1）和 CP3（钴 1/镍 1）。调查表明，温度从 350 °C 升高到 550 °C 与所有测试接触副的摩擦系数降低、CP1 的磨损系数（磨损损坏）降低以及磨损系数增加有关对于 CP2 和 CP3。使用 SEM-EDS 和拉曼光谱的样品分析表明，CP1 在 550 °C 和 CP2 在 350 °C 表现出的最小磨损系数是由于形成了致密的氧化铬 Cr2O3 保护层，以其有利的摩擦学而闻名特性，有助于承重，排除金属与金属的接触，减少摩擦和磨损损坏。另一方面，由于形成具有高三氧化钨 (WO3) 含量的多孔氧化物层，使氧化物更软，降低摩擦并增加磨损，因此摩擦的减少与 CP2 和 CP3 的磨损系数增加有关。氧化层损坏。提供材料选择图以帮助航空发动机设计人员。CP2 在 350 °C 时形成了致密的氧化铬 Cr2O3 保护层，该保护层以其良好的摩擦学特性而闻名，有助于承重，防止金属与金属接触，并减少摩擦和磨损损坏。另一方面，由于形成具有高三氧化钨 (WO3) 含量的多孔氧化物层，使氧化物更软，降低摩擦并增加磨损，因此摩擦的减少与 CP2 和 CP3 的磨损系数增加有关。氧化层损坏。提供材料选择图以帮助航空发动机设计人员。CP2 在 350 °C 时形成了致密的氧化铬 Cr2O3 保护层，该保护层以其良好的摩擦学特性而闻名，有助于承重，防止金属与金属接触，并减少摩擦和磨损损坏。另一方面，由于形成具有高三氧化钨 (WO3) 含量的多孔氧化物层，使氧化物更软，降低摩擦并增加磨损，因此摩擦的减少与 CP2 和 CP3 的磨损系数增加有关。氧化层损坏。提供材料选择图以帮助航空发动机设计人员。并减少摩擦和磨损损坏。另一方面，由于形成具有高三氧化钨 (WO3) 含量的多孔氧化物层，使氧化物更软，降低摩擦并增加磨损，因此摩擦的减少与 CP2 和 CP3 的磨损系数增加有关。氧化层损坏。提供材料选择图以帮助航空发动机设计人员。并减少摩擦和磨损损坏。另一方面，由于形成具有高三氧化钨 (WO3) 含量的多孔氧化物层，使氧化物更软，降低摩擦并增加磨损，因此摩擦的减少与 CP2 和 CP3 的磨损系数增加有关。氧化层损坏。提供材料选择图以帮助航空发动机设计人员。