نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

بررسی خواص مکانیکی پوشش‌های سد حرارتی خود ترمیم شونده زیرکونیا آلومینای حاوی کاربید سیلسیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد
2 عضو هیأت علمی دانشگاه شهرکرد
3 گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد
چکیده
پوشش‌های سد حرارتی (TBC) ساختارهای متشکل از زیرکونیای پایدارشده با سریا و ایتریا CSZ و YSZ بوده و بر روی لایه واسطه NiCrAlY برای کاربردهای متفاوت در دماهای بالا استفاده می‌شوند. سیستم‌های پوشش سد حرارتی به طور گسترده در توربین‌های گازی مدرن و موتورهای جت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این پژوهش برای بررسی خواص مکانیکی پوشش‌های سد حرارتی از پوشش کامپوزیتی CoNiCrAlY/CSZ+Al2O3+SiC تولید شده به روش پلاسما اسپری اتمسفری استفاده شده است. از CSZ به عنوان جز اصلی کامپوزیت و از Al2O3 به‌عنوان سدنفوذی برای جلوگیری از نفوذ اکسیژن و تشکیل لایه محافظ و همچنین از SiC به عنوان جز ترمیم کننده میکروترک‌ها و تخلخل‌های پوشش در شرایط کاری دما بالا استفاده شده است. برای فرایند اکسیداسیون از روش کوره‌ای در دمای 1100 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 4 ساعت در سیکل‌های حرارتی 100 و 200 ساعت استفاده شد سپس خواص مکانیکی پوشش CoNiCrAlY/CSZ+Al2O3+SiC با استفاده از روش‌های میکروسختی و نانوسختی مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه به دست آمده با پوشش CoNiCrAlY/YSZ مقایسه شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که مقدار سختی برکوویچ و مدول الاستیک در آزمایش نانوسختی سنجی در لایه بالایی و لایه میانی روند افزایشی در سیکل حرارتی 200 ساعت داشته است که دلیل این امر در لایه بالایی مربوط به زینترینگ می‌باشد و در لایه میانی به دلیل نزدیک بودن این لایه به TGO و مشابه بودن خواص این دو لایه به‌هم می‌باشد در حالیکه با مقایسه خواص مکانیکی پوشش کامپوزیتی با پوشش YSZ سختی و مدول الاستیک کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] S. Bose, High temperature coatings. Butterworth-Heinemann, 2017.
[2] X. Cao, R. Vassen, and D. Stöver, "Ceramic materials for thermal barrier coatings," Journal of the European Ceramic Society, vol. 24, no. 1, pp. 1-10, 2004.
[3] B. Gleeson, "Thermal barrier coatings for aeroengine applications," Journal of propulsion and power, vol. 22, no. 2, pp. 375-383, 2006.
[4] S.W. Myoung, J.H. Kim, W.R. Lee, Y.G. Jung, K.S. Lee, and U. Paik, "Microstructure design and mechanical properties of thermal barrier coatings with layered top and bond coats," Surface and Coatings Technology, vol. 205, no. 5, pp. 1229-1235, 2010.
[5] R. Vaßen, M. O. Jarligo, T. Steinke, D. E. Mack, and D. Stöver, "Overview on advanced thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 205, no. 4, pp. 938-942, 2010.
[6] C. Funke, J. Mailand, B. Siebert, R. Vaβen, and D. Stöver, "Characterization of ZrO2-7 wt.% Y2O3 thermal barrier coatings with different porosities and FEM analysis of stress redistribution during thermal cycling of TBCs," Surface and Coatings Technology, vol. 94, pp. 106-111, 1997.
[7] R. Rajendran, "Gas turbine coatings–An overview," Engineering Failure Analysis, vol. 26, pp. 355-369, 2012.
[8] C. Lee, H. Kim, H. Choi, and H. Ahn, "Phase transformation and bond coat oxidation behavior of plasma-sprayed zirconia thermal barrier coating," Surface and Coatings Technology, vol. 124, no. 1, pp. 1-12, 2000.
[9] S. Sodeoka, M. Suzuki, K. Ueno, H. Sakuramoto, T. Shibata, and M. Ando, "Thermal and mechanical properties of ZrO2-CeO2 plasma-sprayed coatings," Journal of Thermal Spray Technology, vol. 6, pp. 361-367, 1997.
[10] A. C. Karaoglanli, A. Turk, I. Ozdemir, and F. Ustel, "Comparison of oxidation and thermal shock performance of thermal barrier coatings," Materials and Manufacturing Processes, vol. 30, no. 6, pp. 717-723, 2015.
[11] A. Keyvani and M. Bahamirian, "Oxidation resistance of Al2O3-nanostructured/CSZ composite compared to conventional CSZ and YSZ thermal barrier coatings," Materials Research Express, vol. 3, no. 10, p. 105047, 2016.
[12] K. Ogawa, "High temperature oxidation behavior of thermal barrier coatings," Materials, Modeling and Performance, pp. 103-127, 2015.
[13] Z. Zou et al., "Role of internal oxidation on the failure of air plasma sprayed thermal barrier coatings with a double-layered bond coat," Surface and Coatings Technology, vol. 319, pp. 370-377, 2017.
[14] G. Di Girolamo, C. Blasi, M. Schioppa, and L. Tapfer, "Structure and thermal properties of heat treated plasma sprayed ceria–yttria co-stabilized zirconia coatings," Ceramics International, vol. 36, no. 3, pp. 961-968, 2010.
[15] Z. Han, B. Xu, H. Wang, and S. Zhou, "A comparison of thermal shock behavior between currently plasma spray and supersonic plasma spray CeO2–Y2O3–ZrO2 graded thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 201, no. 9-11, pp. 5253-5256, 2007.
[16] K. Bamzai and P. Kotru, "Fracture Mechanics, Crack Propagation and Microhardness Studies on Flux Grown ErAlO3 Single Crystals, pp. 405-410, 2000.
[17] D. Shetty, I. Wright, P. Mincer, and A. Clauer, "Indentation fracture of WC-Co cermets," Journal of materials science, vol. 20, pp. 1873-1882, 1985.
[18] A. Keyvani, M. Bahamirian, and 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, vol. 727, pp. 1057-1066, 2017.