مطالعه مقایسه¬¬ای ریزساختار، ترکیب فازی و مقاومت به اکسیداسیون پوشش CoNiCrAlY ایجاد شده توسط فرایندهای HVOF و LPPS

الموضوعات :

پژمان زمانی مقدم ¹ , ضیاء والفی ²

1 - دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری¬های ساخت.
2 - دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری¬های ساخت.

تاريخ الإرسال : 15 الإثنين , رجب, 1444 تاريخ التأكيد : 26 الثلاثاء , ذو الحجة, 1445 تاريخ الإصدار : 23 الإثنين , شعبان, 1445

الکلمات المفتاحية: پوشش CoNiCrAlY, HVOF, LPPS, پاشش حرارتی, اکسیداسیون دمای بالا.,

ملخص المقالة :

در این تحقیق، پودر توسط فرایندهای پاشش حرارتی سوخت اکسیژن سرعت‌بالا  و پاشش پلاسمایی فشار پایین  روی زیرلایه­هایی از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل پوشش­دهی شدند. آزمایش اکسیداسیون دمای بالا در دمای 1050 و زمان­ 200 ساعت در کوره مافلی روی پوشش­ها انجام شد. ریزساختار و ترکیب فازی پوشش­ها قبل و بعد از آزمایش اکسیداسیون توسط و بررسی شدند. نتایج نشان دادند که میزان تخلخل (درصد حجمی) و زبری سطح (میکرومتر) برای پوشش­ به ترتیب 6/0 و 4/4 و برای پوشش به ترتیب 2 و 62/6 اندازه­گیری شد. پوشش شامل دو فاز - و درحالی‌که پوشش متشکل از تک فاز - بود. ناپدید شدن فاز در پوشش پس از پاشش ناشی از انحلال در جت پلاسما و عدم بازیابی آن در شرایط کوئنچ سریع و انجماد غیر تعادلی بود. این فاز پس از عملیات حرارتی بازیابی شد. ریزساختار پوشش به دلیل لایه­نشانی در فشار پایین اکسیژن در محفظه خلأ دارای اکسید بسیار کمتری نسبت به پوشش بود. پس از 200 ساعت آزمایش اکسیداسیون، میزان فاز (به‌عنوان معیار مقاومت به اکسیداسیون) به‌طور کامل در پوشش مصرف شد درحالی­که پوشش شامل رسوبات باقیمانده بود. میانگین ضخامت لایه برای پوشش و به ترتیب 3/0± 2/5 و 4/0± 1/7 میکرومتر محاسبه شد. حضور اکسیدهای پراکنده در ریزساختار، زبری پایین­تر و ساختار متراکم­تر پوشش به‌عنوان دلایل مقاومت به اکسیداسیون بالاتر آن نسبت به پوشش پیشنهاد شدند.

المصادر:

[1] N. Czech & W. Stamm, "Optimisation of MCrAlY Type Coatings for Single Crystal and Convential Cast Gas Turbine Blades", High Temperature Surface Engineering, CRC Press, pp. 61-65, 2020.

[2] A. Niaz, Al-Fuhaid & M. I. Faraz, "Understanding Corrosion Degradation Processes of a Multi-Component CoNiCrAlY-Coating System", Coatings, vol. 12, no. 10, p. 1396, 2022.

[3] E. Bakan, D. E. Mack, G. Mauer, R. Vaßen, J. Lamon & N. P. Padture, "High-temperature materials for power generation in gas turbines", In Advanced ceramics for energy conversion and storage, pp. 3-62, 2021.

[4] پ. ز. مقدم، ر. قاسمی، ب. سعیدی، ح. دهاقین، ف. شهریاری و م. معماری، "تأثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار و خواص مکانیکی پوشش Cr3C2-NiCr ایجاد شده توسط فرایند HVOF"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 4، صفحه 63-53، 1399.

[5] K. Yuan, R. L. Peng, X. H. Li, S. Johansson & Y. D. Wang, "Some aspects of elemental behaviour in HVOF MCrAlY coatings in high-temperature oxidation", Surface and Coatings Technology, vol. 261, pp. 86-101, 2015.

[6] م. طهری، "بهینه‌سازی پارامترهای پاشش حرارتی HVOF، برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون پوشش MCrAlY توسط روش سطح پاسخ"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 3، صفحه 83-75، 1396.

[7] B. Sudhangshu, "High temperature coating". Elsevier Science & Technology Books, 2007.

[8] J. R. Davis, "Handbook of Thermal Spray Coating". ASM International, 2004.

[9] E. Muehlberger & P. Meyer, "LPPS-thin film processes: overview of origin and future possibilities", Thermal Spray, 2009.

[10] F. Tang, L. Ajdelsztajn & J. M. Schoenung, "Characterization of oxide scales formed on HVOF NiCrAlY coatings with various oxygen contents introduced during thermal spraying", Scripta Materialia, vol. 51, no. 1, pp. 25-29, 2004.

[11] A. Fossati, M. Di-Ferdinando, A. Lavacchi, U. Bardi, C. Giolli & A. Scrivani, "Improvement of the isothermal oxidation resistance of CoNiCrAlY coating sprayed by High Velocity Oxygen-Fuel", Surface and Coatings Technology, vol. 204, no. 21-22, pp. 3723-3728, 2010.

[12] M. D. Ferdinando, A. Fossati & A. L. U. Bardi, "Isothermal oxidation resistance comparison between air plasma sprayed, vacuum plasma sprayed and high velocity oxygen fuel sprayed CoNiCrAlY bond coats". Surface and Coatings Technology, vol. 204, no. 15, pp. 2499-2503, 2010.

[13] W. Nowak, D. Naumenko, G. Mor, F. Mor, D. E. Mack, "Effect of processing parameters on MCrAlY bondcoat roughness and lifetime of APS–TBC systems", Surface and coatings technology, vol. 260, pp.82-89, 2014.

[14] P. L. Fauchais, M. I. Boulos & J. V. R. Heberlein, "Thermal Spray Fundamentals from Powder to Part". Springer, Boston, MA, 2014.

[15] M. Abbas, M. Smith & R. Munroe, "Microstructural investigation of bonding and melting-induced rebound of HVOF sprayed Ni particles on an aluminum substrate", Surface and Coatings Technology, vol. 402, p. 126353, 2020.

[16] K. Yuan & Z. R. Zheng, "Study on the Oxidation Behavior of LPPS MCrAlY Coatings at High Temperature: Part II Coating Microstructure Development", Materials Science Forum, vol. 1035, pp. 584-590, 2021.

[17] M. Tahari, "The effect of heat treatment and thermal spray processes on the grain growth of nanostructured composite CoNiCrAlY/YSZ powders", Journal of Alloys and Compounds, vol. 646, pp. 372-379, 2015.

[18] C. T. Sims, N. S. Stoloff & W. C. Hagel, "Superalloys II: high temperature materials for aerospace and industrial power", John Wiley & Sons, New York, 1987.

[19] M. Durand-Charre, "The microstructure of superalloys", J. H. Davidson, Gordon and breach science publishers, 1997.

[20] H. Chen & A. Rushworth, "Effects of oxide stringers on the β-phase depletion behaviour in thermally sprayed CoNiCrAlY coatings during isothermal oxidation", Journal of Materials Science & Technology, vol. 45, pp. 108-116, 2020.

[21] P. Zamani & Z. Valefi, "A comparative investigation of microstructure and high-temperature oxidation resistance of HVOF-sprayed CoNiCrAlY/nano-Al2O3 composite coatings using satellited powders", International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, in press, 2023.

[22] N. Rana, R. Jayaganthan & S. Prakash, "Stepwise oxidation mechanism of HVOF sprayed NiCrAlY coatings in air", Transactions of the Indian Institute of Metals, vol. 67, pp. 393-400, 2014.

[23] A. Feuerstein, J. Knapp, T. Taylor, A. Ashary, A. Bolcavage & N. Hitchman, "Technical and economic aspects of current thermal barrier coating systems for gas turbine engines by thermal spray and EBPVD: A review", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 17, no. 2, pp. 199-213, 2008.

[24] F. T. Talboom, R. C. Elam & L. W. Wilson, "Evaluation of advanced superalloy protection systems". ReprotCR7813, Houston, NASA, pp. 235-240, 1970.

[25] M. Shibata, S. Kuroda, H. Murakami, M. Ode, M. Watanabe & Y. Sakamoto, "Comparison of microstructure and oxidation behavior of CoNiCrAlY bond coatings prepared by different thermal spray processes", Materials transactions, vol. 47, no. 7, pp.1638-1642, 2006.


[26] L. Y. Ni, Z. L. Wu & C. G. Zhou, "Effects of surface modification on isothermal oxidation behavior of HVOFsprayed NiCrAlYcoatings", Progress in Natural Science: Materials International, vol. 21, no. 2, pp. 173-179, 2011.

[27] F. Tang, L. Ajdelsztajn, G. E. Kim, V. Provenzano & J. M. Schoenung, "Effects of surface oxidation during HVOF processing on the primary stage oxidation of a CoNiCrAlY coating", Surface and Coatings Technology, vol. 185, no. 2-3, pp. 228-233, 2004.

[28] W. X. Weng, Y. M. Wang, Y. M. Liao, C. C. Li & Q. Li, "Comparison of microstructural evolution and oxidation behaviour of NiCoCrAlY and CoNiCrAlY as bond coats used for thermal barrier coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 352, pp. 285-294, 2018.