بررسی ریزساختار و مقاومت به رفتگی پوشش ZrC اعمال شده با روش‌های پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) و پاشش پلاسمایی با غلاف جامد/ گاز محافظ (SSPS) روی زیر لایه گرافیتی با پوشش SiC

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 15، شماره 4 - شماره پیاپی 59، اسفند 1400، صفحه 15-29   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/apme.2021.1909416.2013

نویسندگان

اکبر اسحاقی¹؛ ضیاء والفی^{* 2}؛ ناصر احسانی³

¹دانشجوی دکتری رشته مهندسی مواد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران، ایران.

²دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران، ایران.

³استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران، ایران.

چکیده

در این تحقیق، پوشش کاربید زیرکونیم (ZrC) با روش‌های پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) و پاشش پلاسمایی با غلاف جامد و گاز محافظ (SSPS) روی زیر لایه‌ی گرافیتی (دارای پوشش SiC) اعمال شد. ریزساختار پوشش‌های اعمال شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. آزمون رفتگی پوشش‌ها با استفاده از شعله مافوق صوت و به مدت‌زمان 60 ثانیه روی پوشش‌ها انجام شد. نتایج آزمون رفتگی نشان می‌دهند که اعمال پوشش ZrC موجب بهبود مقاومت به رفتگی گرافیت‌ شده است. نرخ‌های جرمی و خطی رفتگی پوشش ZrC اعمال شده با روش APS به ترتیب g.s^-13-10× 22 و mm.s^-13-10×7/3 و برای روش SSPS به ترتیب g.s^-13-10× 14 و mm.s^-13-10×2/2 حاصل گردید. دلیل مقاومت به رفتگی مناسب این پوشش‌ها علاوه بر بالا بودن دمای ذوب و استحکام بالای پوشش ZrC، تشکیل اکسیدهای ZrO₂ و SiO₂ در حین آزمون رفتگی می‌باشد. تشکیل لایه‌های اکسیدی مانع تماس مستقیم شعله داغ با سطح زیر لایه و موجب کاهش ورود اکسیژن به زیر لایه ‌می‌شود. همچنین به دلیل کیفیت بالاتر پوشش‌های ZrC اعمال شده با روش‌ SSPS در مقایسه با روش APS و عیوب کمتر این پوشش‌ها از جمله حفره و ریزترک‌ها،ZrO₂ تشکیل شده در حین آزمون رفتگی نیز پایدارتر و مقاومت به رفتگی آن بالاتر است.

کلیدواژه‌ها

گرافیت؛ پاشش پلاسمایی با غلاف جامد/گاز محافظ (SSPS) پوشش ZrC؛ مقاومت به رفتگی

مراجع

[1] ع. گلشنی عجب‌شیر و همکاران، "پوشش‌دهی نانوذرات کاربید سیلیسیم (SiC) بر روی کامپوزیت کربن ـ کربن به روش رسوب‌دهی الکتروفورتیک (EPD)"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 3، صفحه 103-111، 1395.

 

[2] C. Hu, X. Ge, Y. Niu, H. Li, L. Huang, X. Zheng & J Sun,"Influence of Oxidation Behavior of Feedstock on Microstructure and Ablation Resistance of Plasma-Sprayed Zirconium Carbide Coating", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 24, no. 7, pp. 1302-1311, 2015.

 

[3] D. J. Yao, H. J. Li, H. Wu, Q. G. Fu & X. F. Qiang, "Ablation resistance of ZrC/SiC gradient coating for SiC-coated carbon/carbon composites prepared by supersonic plasma spraying", Journal of the European Ceramic Society, vol. 36, no. 15, pp. 3739-3746, 2016.

 

[4] Y. Jia, H. Li, Q. Fu, Z. Zhao & J. Sun, "Ablation resistance of supersonic-atmosphere-plasma-spraying ZrC coating doped with ZrO2 for SiC-coated carbon/carbon composites", Corrosion Science, vol. 123, pp. 40-54, 2017.

 

[5] A. Abdollahi, N. Ehsani & Z. Valefi, "High temperature ablation-oxidation performance of SiC nanowhisker toughened-SiC/ZrB2-SiC ultra-high temperature multilayer coatings under supersonic flame", Journal of Alloys and Compounds, vol. 745, pp. 798-809, 2018.

 

[6] H. Wu, H. Li, Q. Fu, D. Yao, Y. Wang, C. Ma, J. Wei & Z. Han," Microstructures and ablation Resistance of ZrC Coating for SiC-Coated Carbon/Carbon Composites Prepared by Supersonic Plasma Spraying", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 20, no. 6, 1286-1291, 2011.

 

[7] B. Chen, L. Zhang, L. Cheng & X. Luan, "Viscous Flow of Silica and its Effects on Ablation of Carbon/Silicon Carbide Composites as a Liquid-Fueled Rocket Engine Nozzle", Applied ceramic Technology, vol. 8, no. 6, 1468–1474, 2011.

 

[8] T. Liu, Y. Niu, C. Li, X. Pan, M. Shi, X. Zheng & C. Ding, "Ablation resistance of ZrC-MoSi2/ZrC-SiC double-layered coating in a plasma flame", Corrosion Science, vol. 145, pp. 239-248, 2018.

 

[9] ج. پوراسد و همکاران، "نقش پایه گرافیتی بر تشکیل ساختار گرادیان ترکیبی C/SiC طی فرایند سمانتاسیون توده‌ای"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 1، صفحه 91-98، 1395.

 

[10] A. Abdollahi, N. Ehsani & Z. Valefi, "Thermal shock resistance and isothermal oxidation behavior of C/SiCSiCnano functionally gradient coating on graphite produced via reactive melt infiltration (RMI)", Materials Chemistry and Physics, vol. 182, pp. 49-61, 2016.

 

[11] B. Feng, H. Li, Y. Zhang, L. Liu & M. Yan, "Effect of SiC/ZrC ratio on the mechanical and ablation properties of C/C–SiC–ZrC composites", Corrosion Science, vol. 82, pp. 27–35, 2014.

 

[12] H. M. Chen, Y. Xiang, S. Wang, F. Zheng, L. B. Liu & Z. P. Jin, "Thermodynamic assessment of the C–Si–Zr system", Journal of Alloys and Compounds, vol. 474, pp. 76–80, 2009.

 

[13] J. Xie, Y. Jia, Z. Zhao, K. Li, G. Sun, H. Li & X. Su, "A ZrC-SiC/SiC multilayer anti-ablation coating for ZrC modified C/C composites", Vaccum, vol. 157, pp. 324-331, 2018.

 

[14] T. Liu, L. Zheng & H.Zhang, "Effect of Solid Shield on Coating Properties in Atmospheric Plasma Spray Process", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 25, pp. 1502-1515, 2016.

 

[15] D. J. Yao, H. J. Li, H. Wu, Q. G. Fu & X. F. Qiang, "Ablation resistance of ZrC/SiC gradient coating for SiC-coated carbon/carbon composites prepared by supersonic plasma spraying", Journal of the European Ceramic Society, vol. 36, no. 15, pp. 3739-3746, 2016.

 

[16] S.Bose, "High temperature coatings: Butterworth-Heinemann publications", 2011.

 

[17] J. Ilavsky, A. J. Allen, G. G. Long, S. Krueger, C. C. Berndt & H. Herman, "Influence of Spray Angle on the Pore and Crack Microstructure of Plasma-Sprayed Deposits", Journal of the American Ceramic Society, vol. 80, no. 3, pp. 733-742, 1997.

 

[18] M. Erfanmanesh, S. Bakhshi, M. Khajelakzay & M. Salekbafghi, "The effect of argon shielding gas at plasma spray process on the structure and properties of MoSi2 coating", Ceramics International, vol. 40, pp. 4529-4533, 2014.

 

 

 

[20] Y. Zeng, S. W. Lee, L. Gao & C. X. Ding, "Atmospheric plasma sprayed coatings of nanostructured zirconia", Journal of the European Ceramic Society, vol. 22, no. 3, pp. (2002

 

[20] J. Zhang & V. Desai, "Evaluation of thickness, porosity and pore shape of plasma sprayed TBC by electrochemical impedance spectroscopy", Surface and Coatings Technology, vol. 190, no. 1, pp. 98-109, 2005.