بررسی اثر افزودن NiTi بر مقاومت به خوردگی داغ پوشش سد حرارتی زیرکونیایی پایدار شده با ایتریا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه کامپوزیت و نانوپودر، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی

2 پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی‌های نو، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران

چکیده

هدف از این تحقیق بهبود کیفیت و کارایی پوشش‌های سد حرارتی زیرکونیایی پایدار شده با ایتریا (YSZ) در محیط Na2SO4-V2O5 از طریق افزودن پودر NiTi به ترکیب پوشش است. برای این‌منظور، پوشش‌های YSZ، با و بدون افزودن 5 درصد وزنی پودر NiTi و دارای لایه میانی CoNiCrAlY بر روی زیرلایه‌هایی از جنس IN738LC توسط روش پاشش پلاسمای اتمسفری (APS) اعمال شدند. رفتار خوردگی داغ پوشش‌ها در محیط Na2SO4-55wt.%V2O5 به روش کوره‌ای و در دمای °C950، با سیکل‌های 4 ساعته مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، بیانگر تخریب پوشش‌های سد حرارتی به دلیل نفوذ نمک مذاب Na2SO4-55wt.%V2O5 از طریق تخلخل‌ها و میکروترک‌های لایه سرامیکی به پوشش و سپس خروج پایدار کننده YSZ و گسترش ترک‌های پوشش به دلیل تغییرات حجمی ایجاد شده ناشی از انجام استحاله فازی زیرکونیای تتراگونال به منوکلینیک در سیکل‌های سرمایش است. بررسی-های ریزساختاری و فازی پوشش‌ها قبل و بعد از آزمون خوردگی داغ نشان دهنده‌ی عملکرد بهتر پوشش کامپوزیتی NiTi-YSZ در مقایسه با پوشش YSZ از نظر تاخیر در انجام استحاله فازی تتراگونال به منوکلینیک و درنتیجه کاهش گسترش ترک‌های لایه سرامیکی و در نهایت بهبود مقاومت به خوردگی داغ است.

کلیدواژه‌ها


1. P. A. Dearnley, Surface engineering for gas turbine engines (GTEs), Introduction to surface engineering. Cambridge: Cambridge University Press, (2017) 423–448.
2. N. P. Padture, Advanced structural ceramics in aerospace propulsion. Nature materials. 15 (2016) 804-809.
3. B. Gleeson, Thermal barrier coatings for aeroengine applications, Propulsion and Power, 22 (2006) 375-383.
4. X. Cao, R. Vassen, and D. Stoever, Ceramic materials for thermal barrier coatings, Journal of the European Ceramic Society, 24 (2004) 1-10.
5. A. Keyvani, M. Bahamirian, A. Kobayashi, Effect of sintering rate on the porous microstructural, mechanical and thermomechanical properties of YSZ and CSZ TBC coatings undergoing thermal cycling, Journal of Alloys and Compounds, 727 (2017) 1057-1066.
6. H. Xu, H. Guo, Thermal barrier coatings, Woodhead Publishing Limited, (2011) 193-197.
7. H. Steffens and R. Kaczmarek, Thermal barrier coatings for heat engines, Weld. World, 28 (1990) 224-230.
8. D. Wang, Design of novel thermal barrier coatings with reduced thermal conduction and thermal radiation: Doctoral dissertation, Carleton University, (2006) 15-60.
9. M. Hajizadeh-Oghaz, R. S. Razavi, and M. R. Loghman-Estarki, Synthesis and characterization of non-transformable tetragonal YSZ nanopowder by means of Pechini method for thermal barrier coatings (TBCs) applications, Journal of sol-gel science and technology, 70 (2014) 6-13.
10. C. Viazzi, J.-P. Bonino, F. Ansart, and A. Barnabé, Structural study of metastable tetragonal YSZ powders produced via a sol–gel route, Journal of Alloys and Compounds,  452 (2008) 377-383.
11. Q.-L. Li, X.-Z. Cui, S.-Q. Li, W.-H. Yang, C. Wang, and Q. Cao, Synthesis and phase stability of scandia, gadolinia, and ytterbia co-doped zirconia for thermal barrier coating application, Journal of Thermal Spray Technology, 24 (2015) 136-143.
12. A. Keyvani and M. Bahamirian, Hot corrosion and mechanical properties of nanostructured Al2O3/CSZ composite TBCs, Surface Engineering, 33 (2017) 433-443.
13. M. Habibi, L. Wang, and S. Guo, Evolution of hot corrosion resistance of YSZ, Gd2Zr2O7, and Gd2Zr2O7 + YSZ composite thermal barrier coatings in Na2SO4+ V2O5 at 1050°C, Journal of the European Ceramic Society, 32 (2012) 1635-1642.
14. N. Mansourinejad, M. Farvizi, K. Shirvani, M. R. Rahimipour, and M. Razavi, Effect of NiTi addition on the wear resistance of YSZ coatings, Advanced Ceramics Progress, 3 (2017) 32-37.
15. M. Bahamirian, S. Hadavi, M. Farvizi, M. Rahimipour, and A. Keyvani, Enhancement of hot corrosion resistance of thermal barrier coatings by using nanostructured Gd2Zr2O7 coating, Surface and Coatings Technology, 360 (2019) 1-12.
16. M. Bahamirian, S. Hadavi, M. Farvizi, A. Keyvani, and M. Rahimipour, Thermal durability of YSZ/Nanostructured Gd2Zr2O7 TBC undergoing thermal cycling, Oxidation of Metals, 92 (2019) 401-421.
17. میلاد بهامیریان، شاهین خامنه اصل و کوروش جعفرزاده، بررسی تغییر در روش اعمالNiCrAlY به عنوان لایه میانی بر رفتار خوردگی داغ پوشش سد حرارتی زیرکونیایی، نشریه علوم و مهندسی سطح، 9 (1392) 91-101.
18. S. Bose, Chapter 7–Thermal barrier coatings (TBCs), High Temperature Coatings, High temperature coatings, (2007) 155-232.
19. F.-W. Bach, K. Möhwald, A. Laarmann, and T. Wenz, Modern surface technology, John Wiley & Sons, (2006) 43-80.
20. A. Kucuk, C. Berndt, U. Senturk, R. Lima, and C. Lima, Influence of plasma spray parameters on mechanical properties of yttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test, Materials Science and Engineering: A, 284 (2000) 29-40.
21. J. Ilavsky and J. K. Stalick, Phase composition and its changes during annealing of plasma-sprayed YSZ, Surface and Coatings Technology, 127 (2000) 120-129.
22. H. Grünling and W. Mannsmann, Plasma sprayed thermal barrier coatings for industrial gas turbines: morphology, processing and properties, Le Journal de Physique IV, 3 (1993) C7-903-C7-912.
23. L. Wang, Y. Wang, X. Sun, J. He, Z. Pan, Y. Zhou, et al., Influence of pores on the thermal insulation behavior of thermal barrier coatings prepared by atmospheric plasma spray, Materials & Design, 32 (2011) 36-47.
24. I. Golosnoy, A. Cipitria, and T. Clyne, Heat transfer through plasma-sprayed thermal barrier coatings in gas turbines: a review of recent work, Journal of thermal spray technology, 18 (2009) 809-821.
25. S. Paul, A. Cipitria, S. Tsipas, and T. Clyne, Sintering characteristics of plasma sprayed zirconia coatings containing different stabilisers, Surface and coatings Technology, 203 (2009) 1069-1074.
26. A. Cipitria, I. Golosnoy, and T. Clyne, A sintering model for plasma-sprayed zirconia TBCs. Part I: Free-standing coatings, Acta Materialia, 57 (2009) 980-992.
27. O. Racek and C. Berndt, Mechanical property variations within thermal barrier coatings, Surface and Coatings Technology, 202 (2007) 362-369.
28. R. Lima, A. Kucuk, and C. Berndt, Integrity of nanostructured partially stabilized zirconia after plasma spray processing, Materials Science and Engineering: A, 313 (2001) 75-82.
29. M. Bahamirian and Sh. Khameneh Asl, An investigation on effect of bond coat replacement on hot corrosion properties of thermal barrier coatings, Iranian Journal of Materials Science & Engineering, 10 (2013) 1-12.