بررسی خواص اکسیداسیون و شوک حرارتی پوشش سپرحرارتی کامپوزیتی YSZ/Al2O3 با آلومینای ایجاد شده با فرایند پاشش حرارتی محلول پیش‌ماده

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 55، دی 1399، صفحه 77-90   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

سعید تقی رمضانی¹؛ ضیاء والفی^{* 2}؛ ناصر احسانی³

¹کارشناس ارشد مهندسی خوردگی و حفاظت از مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

²استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

³استاد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده

در این تحقیق ابتدا پوشش­ سپرحرارتی NiCrAlY/YSZ با روش پاشش پلاسمایی اعمال و سپس یک لایه سد نفوذی آلومینا با دو فرایند پاشش پلاسمایی محلول پیش­ماده و پاشش شعله­ای محلول پیش­ماده بر روی YSZ لایه­نشانی شد. آزمون­های اکسیداسیون دما بالا و شوک حرارتی در دمای C˚1100 انجام گرفتند. مشخصه­های ساختاری پوشش­ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) بررسی شدند. مقایسه­ی ساختاری نمونه­ها نشان داد که اعمال پوشش آلومینا با فرایند پاشش شعله­ای محلول پیش­ماده سبب افزایش خواص حرارتی پوشش­­ها می­شود. خواص اکسیداسیون دمای بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی پوشش‌های YSZ/Al₂O₃ با آلومینای ایجادشده به روش­ پاشش حرارتی محلول پیش­ماده با ترکیب مشابه مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها نشان دادند که اعمال آلومینا به روش پاشش شعله­ای محلول پیش­ماده منجر به افزایش مقدار اسپلت­های تشکیل‌شده می­شود که تماس مناسب بین اسپلت‌ها، سبب کاهش نفوذ مولکول‌های اکسیژن می‌شود که در جهت کاهش ضخامت لایه TGO و همچنین افزایش مقاومت در برابر شوک حرارتی عمل می‌کند.

کلیدواژه‌ها

پوشش سپرحرارتی؛ سد نفوذی آلومینا؛ پاشش حرارتی محلول پیش‌ماده؛ اکسیداسیون دما بالا؛ شوک حرارتی

مراجع

 [1] M. Eskner, "Mechanical behaviour of gas turbine coatings," Materialvetenskap, 2004.

 

[2]م. م. خرمی راد، م. رحیمی پور، س. م. م.  هادوی و ک. شیروانی جوزانی، "سنتز پودر هگزا آلومینات لانتانیم (LaMgAl₁₁O₁₉) به‌منظور پوشش دهی به روش پلاسما اسپری بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل به عنوان پوشش سد حرارتی," فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 12، ص 183-173، 2018.

 

[3]R. Vassen, A. Stuke & D. Stöver, "Recent developments in the field of thermal barrier coatings," Journal of thermal spray technology, vol. 1, N. 8, pp, 181-186, 2009.

 

[4]A. Keyvani, M. Saremi & M. H. Sohi, "Oxidation resistance of YSZ-alumina composites compared to normal YSZ TBC coatings at 1100 C," Journal of alloys and compounds, vol. 509, pp, 8370-8377, 2011.

 

[5]M. Daroonparvar, M. A. M. Yajid, N. M. Yusof, S. Farahany, M. S. Hussain, H. R. BAKHSHESHI-RAD & et al., "Improvement of thermally grown oxide layer in thermal barrier coating systems with nano alumina as third layer," Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 23, pp, 1322-1333, 2013.

 

[6]E. Bouyer, D. Branston, G. Lins, M. Müller, J. Verlegen & M. von Bradke, "Progress in Plasma Processing of Materials ed P Fauchais," ed: New York, USA: Begell House, 1997.

 

[7]L. Jia & F. Gitzhofer, "Induction plasma synthesis of nano-structured SOFCs electrolyte using solution and suspension plasma spraying: a comparative study," Journal of thermal spray technology, vol. 19, pp, 566-574, 2010.

 

[8]P. Bansal, N. P. Padture & A. Vasiliev, "Improved interfacial mechanical properties of Al2O3-13wt% TiO2 plasma-sprayed coatings derived from nanocrystalline powders," Acta Materialia, vol. 51, pp, 2959-2970, 2003.

 

[9]S. Basu & B. M. Cetegen, "Modeling of thermo-physical processes in liquid ceramic precursor droplets injected into a plasma jet," International journal of heat and mass transfer, vol. 50, pp, 3278-3290, 2007.

[10]M. Gell, E. H. Jordan, M. Teicholz, B. M. Cetegen, N. P. Padture, L. Xie & et al., "Thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process," Journal of Thermal Spray Technology, vol. 17, pp, 124-135, 2008.

 

[11]A. Ozturk & B. M. Cetegen, "Experiments on ceramic formation from liquid precursor spray axially injected into an oxy-acetylene flame," Acta materialia, vol. 53, pp, 5203-5211, 2005.

 [12]M. Saremi & Z. Valefi, "The effects of spray parameters on the microstructure and thermal stability of thermal barrier coatings formed by solution precursor flame spray (spfs)," Surface and Coatings Technology, vol. 220, pp, 44-51, 2013.

 

[13]E. ASTM, "1920 – 03 Standard Guide for Metallographic Preparation of Thermal Sprayed Coatings," ASTM International, 2003.

 

[14]L. Xie, D. Chen, E. H. Jordan, A. Ozturk, F. Wu, X. Ma & et al., "Formation of vertical cracks in solution-precursor plasma-sprayed thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 201, pp, 1058-1064, 2006.

 

[15]M. J. Donachie & S. J. Donachie, Superalloys: a technical guide: ASM international, 2002.

 

[16] س. س. خلیفه سلطانی، ر. ابراهیمی کهریزسنگی و ف. نعیمی، "بررسی رفتار سینتیکی اکسیداسیون ایزوترم دمای بالای پوشش‌های MCrAlY اعمال‌شده به روش HVOF، " فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، ص 80-67، 2016.

 [17]P. Fauchais, "Thermal Spray Fundamentals/ Fauchais, P., Heberlein, J., Boulos, M," NY: Springer, p, 600, 2014.

 

[18]F. Wu, E. Jordan, X. Ma & M. Gell, "Thermally grown oxide growth behavior and spallation lives of solution precursor plasma spray thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 202, pp, 1628-1635, 2008.

 

[19]Q. Yu, C. Zhou, H. Zhang & F. Zhao, "Thermal stability of nanostructured 13 wt% Al2O3–8 wt% Y2O3–ZrO2 thermal barrier coatings," Journal of the European ceramic Society, vol. 30, pp. 889-897, 2010.

 

[20]L. Jin, L. Ni, Q. Yu, A. Rauf & C. Zhou, "Thermal cyclic life and failure mechanism of nanostructured 13 wt% Al2O3 doped YSZ coating prepared by atmospheric plasma spraying," Ceramics International, vol. 38, pp, 2983-2989, 2012.

 

[21]A. Fox & T. Clyne, "Oxygen transport by gas permeation through the zirconia layer in plasma sprayed thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 184, pp. 311-321, 2004.

 

[22]H. Echsler, V. Shemet, M. Schütze, L. Singheiser, & W. Quadakkers, "Cracking in and around the thermally grown oxide in thermal barrier coatings: A comparison of isothermal and cyclic oxidation," Journal of Materials science, vol. 41, pp. 1047-1058, 2006.

 

[23]C. Zhou, N. Wang & H. Xu, "Comparison of thermal cycling behavior of plasma-sprayed nanostructured and traditional thermal barrier coatings," Materials Science and Engineering: A, vol. 452, pp, 569-574, 2007.