سنتز پودر هگزا آلومینات لانتانیم (LaMgAl11O19) به منظور پوشش دهی به روش پلاسما اسپری بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل به عنوان پوشش سد حرارتی

الموضوعات :

محمد مهدی خرمی راد ¹ (پژوهشگاه مواد و انرژی)
محمد رضا رحیمی پور ² (پژوهشگاه مواد و انرژی)
سید محمد مهدی هادوی ³ (پژوهشگاه مواد و انرژی)
کوروش شیروانی جوزانی ⁴ (پژوهشگاه مواد و انرژی)

تاريخ الإرسال : 12 الجمعة , رمضان, 1437 تاريخ التأكيد : 11 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1440 تاريخ الإصدار : 14 الخميس , ربيع الأول, 1440

الکلمات المفتاحية: پوشش سد حرارتی, سنتز حالت جامد, هگزا آلومینات لانتانیم, پلاسما اسپری,

ملخص المقالة :

هگزاآلومینات لانتانیم(LaMgAl11O19) به عنوان یک پوشش سد حرارتی جدید به دلیل خواص و ویژگی های برتر، جایگزین مناسبی برای زیرکونیای پایدارشده با ایتریا( YSZ) می باشد. در این پژوهش ابتدا به سنتز پودر به روش حالت جامد و سپس به بررسی و فرآوری آن جهت انجام پوشش دهی پلاسما اسپری پرداخته شد. جهت ارزیابی خواص پودر سنتز شده از میکروسکوپ الکترونی، الگوی پراش اشعه ایکس و آنالیز حرارتی استفاده شد. برای سنتز هگزا آلومینات لانتانیم، ابتدا از α-Al2O3 به عنوان مواد اولیه استفاده شد که نتایج نشان دهنده عدم تشکیل فاز مورد نظر بود. سپس از پودر -Al2O3γ استفاده شد که در نتیجه آن ترکیبی به صورت تکفاز با مورفولوژی صفحه ای تشکیل شد و همچنین دمای سنتز این ترکیب Cº1330 تعیین گردید. در محدوده دمای Cº1100-850 ترکیبات LaAlO3، MgAl2O3 و α-Al2O3 تشکیل گردیدند که استحاله فاز نهایی ناشی از واکنش این سه ترکیب می باشد. از نتایج آنالیز فازی می توان نتیجه گرفت که نقش اصلی فاز-Al2O3γ، کاهش دمای سنتز فاز اسپینل MgAl2O4 در دمایی کمتر از Cº 1100 می باشد. آنالیز شیمیایی پودرهای گرانول شده و پوشش اعمالی به روش پلاسما اسپری تحت پارامترهای بهینه سازی شده، حاکی از وجود یک سیستم تکفاز و عدم تجزیه ترکیب می باشد.

المصادر:

 

[1]       س. ع. صادقی فدکی، ض. والفی و ک. زنگنه مدار، "ارزیابی میکروساختاری پوشش های YSZ پاشش پلاسمایی"، فصلنامه علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره اول، 1394.

 

[2]     X. Q. Cao, R. Vassen & D. Stoever, “Ceramic Materials for Thermal Barrier Coatingsˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 24, pp. 1–10, 2004.

 

[3]     Z. Hong Song, C. Xiao Ge, L. Gang, W. Xin Li & D. Xu Dan, “Influence of Gd2O3 Addition on Thermophysical Properties of La₂Ce₂O₇ Ceramics for Thermal Barrier Coatingsˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32, pp. 3693–3700, 2012.

 

[4]     C. J. Friedrich, R. Gadow & M. H. Lischka. “Lanthanum Hezaaluminate Thermal Barrier Coatingsˮ, 25th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures, B, 2001.

 

[5]     W. Pan, S. R. Phillpot, C. Lei Wan, A. Chernatynskiy & Z. Qu, “Low Thermal Conductivity Oxidesˮ, MRS Bulletin, Vol. 37, pp. 917-922, 2012.

 

[6]     R. Vassen, A. Stuke & D. Sto¨ver, “Recent Developments in the Field of Thermal Barrier Coatingsˮ, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18, pp. 181–186, 2009.

 

[7]     X. Chen, Y. Z. Wenzhi Huang, H. Ma, B. Zou, Ying Wang & X. Cao, “Thermal Aging Behavior of Plasma Sprayed LaMgAl₁₁O₁₉ Thermal Barrier Coatingˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 31, pp. 2285–2294, 2011.

 

[8]     A. L. & G. E., “Thermal Insulating Material and Method of Producing Sameˮ, 2006.

 

[9]     N. Curry, “Design of Thermal Barrier Coatingsˮ, University Wes, 2014.

 

[10] G. Mauer, M. Ophelia Jarligo, D. Emil Mack & R. Vaßen, “Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings: New Materials, Processing Issues and Solutionsˮ, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 22, pp. 646–65, 2013.

 

[11]  R. Vaßen, M. Ophelia Jarligo, T. Steinke, D. Emil Mack & D. Stöver, “Overview on Advanced Thermal Barrier Coatingsˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 205, pp. 938–942, 2010.

 

[12] D. Stöver, G. P., H. Lehmann, M. Dietrich, J. E. Döring & R. Vaßen, “New Material Concepts for the Next Generation of Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatingsˮ, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 13, pp. 76-83, 2004.

 

[13]  A. Joulia, M. Vardelle & S. Rossignol, “Synthesis and Thermal Stability of Re₂Zr₂O₇, (Re=La,Gd) and La₂(Zr_1−xCe_x)₂O_7−δ Compounds under Reducing and Oxidant Atmospheres for Thermal Barrier Coatingsˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 33, pp. 2633–2644, 2013.

 

[14]  X. Q. Cao, R. Vassen, F. Tietzb & D. Stoever, “New Double-Ceramic-Layer Thermal Barrier Coatings Based on Zirconia–Rare Earth Composite Oxidesˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 26, pp. 247–251, 2006.

 

[15] S. Zhao, L. G., Y. Zhao, W. Huang, L. Zhu, X. Fan, B. Zou & X. Cao, “Thermal Cycling Behavior and Failure Mechanism of La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇/ Eu³⁺-Doped 8YSZ Thermal Barrier Coating Prepared by Atmospheric Plasma Sprayingˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 580, pp. 101–107, 2013.

 

[16] S. Zhao, Y. Z., Ling Zhu, L. Gu, W. Huang, X. Fan, B. Zou, Y. Wang & X. Cao, “A Simple Non-Destructive Method to Indicate the Spallation and Damage Degree of the Double-Ceramic-Layer Thermal Barrier Coating of La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇ and 8YSZ: Euˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 33, pp. 2207–2213, 2013.

 

[17] H. Dai, X. Zhong, J. Li, J. Meng & X. Cao, “Neodymium–Cerium Oxide as New Thermal Barrier Coating Materialˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 201, pp. 2527–2533, 2006.

 

[18] X. Cao, “Development of New Thermal Barrier Coating Materials for Gas Turbinesˮ, 2004.

 

[19] X. Chen, Y. Zhao, X. Fan, Y. Liu, B. Zou, Y. Wang, H. Ma & X. Cao, “Thermal Cycling Failure of New LaMgAl₁₁O₁₉/YSZ Double Ceramic Top Coat Thermal Barrier Coating Systemsˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 205, pp. 3293–3300, 2011.

 

[20] S. M. Naga, “Ceramic Matrix Composite Thermal Barrier Coatings for TurbinePartsˮ, pp. 524-536, 2014.

 

[21] G. Pracht, R. Vden & D. Stover, “Lanthanum-Lithium Hexaaluminate - a New Material for Thermal Barrier Coatings in Magnetoplumbite Structure- Material and Process Developmentˮ, Advanced Ceramic Coatings and Interfaces, pp. 87-99, 2007.

 

[22] N. P. B. A. D. Zhu, “Thermal Properties of Oxides with Magnetoplumbite Structure for Advanced Thermal Barrier Coatingˮ, Surface & Coatings Technology, Vol. 202, pp. 2698–2703, 2008.

 

[23] X. Chen, L. Gu, B. Zou, Y. Wang & X. Cao, “New Functionally Graded Thermal Barrier Coating System Based on LaMgAl₁₁O₁₉/YSZ Prepared by Air Plasma Sprayingˮ, Surface & Coatings Technology Vol. 206, pp. 2265–2274, 2012.

 

[24] X. Chen, B. Zou, Y. Wang, H. Ma & X. Cao, “Microstructure and Thermal Cycling Behavior of Air Plasma-Sprayed YSZ/LaMgAl₁₁O₁₉ Composite Coatingsˮ, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 20, pp. 1328–1338, 2011.

 

[25] G. W. S. A. R. Gadow, “Lanthane Aluminate Thermal Barrier Coating Ceramicˮ, Engineering and Science Proceedings, pp. 291-297, 1999.

 

[26] X. Chen, Y. Zhang, X. Zhong, Z. Xu, J. F. Zhang, Y. Cheng, Y. Zhao, Y. Liu, X. Fan, Y. Wang, H. Ma & X. Cao, “Thermal Cycling Behaviors of the Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings of Hexaluminates with Magnetoplumbite Structureˮ, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 30, pp. 1649–1657, 2010.

 

[27] J. F. Zhang, X. Zhong, Y. Cheng, Y. Wang, Z. Xu, X. Chen, H. Ma, Y. Zhao & X. Cao, “Thermal-Shock Resistance of LnMgAl₁₁O₁₉ (Ln = La, Nd, Sm, Gd) with Magnetoplumbite Structureˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 482, pp. 376–381, 2009.

 

[28] T. R. Hull, L. A. H, “The Thermal Decomposition of Huntite and Hydromagnesite - A Reviewˮ, Thermochimica Acta, Vol. 509, pp. 1-11, 2010.

 

[29] A. Neumann, D. W., “The Thermal Transformation fromLanthanum Hydroxide to Lanthanum Hydroxide Oxideˮ, Thermochimica Acta, Vol. 445, pp. 200-204, 2006.

 

[30] R. X. Zhu, Z. Guoliu, J. Huouyangn & Yuzhou, “Preparation and Characterization of LnMgAl₁₁O₁₉ (Ln=La, Nd,Gd) Ceramic Powdersˮ, Ceramics International, Vol. 39, pp. 8841–8846, 2013.

 

[31] I. Gómeza, M. H., Juan A. & M. Hinojosab, “Comparative Study of Microwave and Conventional Processing of MgAl₂O₄-Based Materialsˮ, Ceramics International, Vol. 30, No. 6, pp. 893–900, 2004.

 

[32] R. Xu, W. P. A. Q. H., “Modern Inorganic Synthetic Chemistryˮ, Elsevier, 2011.

 

[33] P. Alphonse, B. F., “Thermal stabilization of alumina modified by lanthanumˮ, Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 196, pp. 191-198, 2014.

 

[34] Brandon, I. L. A. D., “Metastable Alumina Polymorphs: Crystal Structures and Transition Sequencesˮ, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 81, No. 8, pp. 1995-2012, 1998.

 

[35]    ل. شریفی، ت. عبادزاده و س. ح. میرحسینی، "مقایسه خواص نانو پودر اکسید آلومینیوم سنتز شده در کوره و ماکروویو"، فصلنامه عملی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال چهارم، شماره اول، 1389.