بررسی اثر شار حرارتی بر ریزساختار و عملکرد پوشش‌های سد حرارتی مرتبه ای
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینمجتبی صالحی 1 , حسین مهمان نواز 2 , غلامرضا کرباسیان 3 , مرتضی رحمانی 4
1 - دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 - دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 - دانش آموخته کارشناسی، مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی-واحد ساوه
4 - دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
کلید واژه: پوشش سد حرارتی, مواد مرتبهای, شار حرارتی, NiCrAlY-YSZ, اکسیداسیون,
چکیده مقاله :
قرار گرفتن نازلِ همگرا- واگرا در معرض شار حرارتی بالا میتواند باعث ذوب جداره داخلی نازل و کاهش قابل ملاحظه عملکرد آن گردد. جهت حل این مشکل در این پژوهش، پوشش سد حرارتی مرتبهای[1] YSZ-NiCrAlY به وسیله روش پلاسما اسپری در هوا بر جداره داخلی نازل ایجاد گردید. در ادامه، نمونههای پوشش داده شده و بدون پوشش در معرض شار حرارتی ناشی از احتراق اکسیژن و استیلن قرار گرفتند. برای مشخصهیابی پوشش پیش و پس از شاردهی از میکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی و ریزسختی سنجی استفاده شد. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی نشان داد که در حین پاشش NiCrAlY-YSZ جهت ایجاد لایههای مرتبهای، اکسیداسیون ترجیحی رخ میدهد. مخلوط شدن این اکسیدها با زیرکونیا در حالت مذاب مناطق کامپوزیتی از ذرات احاطه شده زیرکونیا در زمینه مذاب اکسیدی- زیرکونیایی را به وجود آورد. نتایج آزمون شار حرارتی برای نمونه پوشش داده شده بیانگر عدم تغییر در وضعیت ظاهری این نمونه پس از شاردهی بود، البته متراکم شدن ریز ساختار و ترک خوردگی در لایه بالایی پوشش پس از شاردهی نیز مشاهده شد. همچنین، قرار گرفتن نمونه فاقد پوشش در معرض شار حرارتی مشابه باعث ذوب جداره فولادی نازل شد.
[1]-Yttria Stabilized Zirconia (YSZ)
1- ز. گلستان، م. جاویدی، م. ح.شریعت و ر. بازرگان لاری، پوشش دهی کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-تیتانیا همزمان با نیتروکربوره کردن الکترولیتی پلاسمایی روی سطح فولاد ضد زنگ و بررسی رفتارخوردگی آن، مجله مواد نوین/ جلد3/ شماره 4/ تابستان 1392.
2- N. Markocsan, P. Nylen, J. Wigren, X.-H.Li, A. Tricoire,, "Effect of Thermal Aging on Microstructure and Functional Properties of Zirconia-Base Thermal Barrier Coatings", Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18, pp. 201–208, 2009.
3- P. F. Zhao, C.A. Sun, X.Y. Zhu, F.L. Shang, C.J. Li, "Fracture Toughness M of Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings Using a Modified Four-Point Bending method", Surface & Coatings Technology, Vol. 204, pp. 4066-4074, 2010.
4- U. Schulz, M. Peters, Fr.-W. Bach, G. Tegeder,"Graded Coatings for Thermal, Wear and Corrosion Barriers", Materials Science and Engineering A, Vol. 362, pp. 61-80, 2003.
5- M. Khoddami, A.Sabour, S.M.M.Hadavi,"Microstructure Formation in thermally-Sprayed Duplex and Functionally Graded NiCrAlY/Yttria-Stabilized Zirconia Coatings", Surface & Coatings Technology, Vol. 201, pp. 6019-6024, 2007.
6- B.Saeedi, A.Sabour, A. M.Khoddami,"Study of microstructure and thermal shock Behavior of Two Types of Thermal Barrier Coatings", Materials and Corrosion Vol. 60, pp. 695-703, 2009.
7- A. Kawasaki, R.Watanabe, "Thermal Fracture Behavior of Metal/Ceramic Functionally graded materials". Engineering Fracture Mechanics, Vol. 69, pp. 1713-1728, 2002.
8- K.Kokini, J. DeJonge, S. Rangaraj, B. Beardsley, "Thermal Shock of Functionally Graded Thermal Barrier Coatings with Similar Thermal Resistance". Surface and Coatings Technology, Vol. 154, pp. 223-231, 2002.
9- Raj, S.V., L. J. Ghosn, C. Robinson, D. Humphrey, "High Heat Flux Exposures of Coated GRCop-84 Substrates". Materials Science and Engineering: A, Vol. 457: pp. 300-312, 2007.
10- B.D. Choules, K. Kokini, T.A. Taylor, "Thermal Fracture of Thermal Barrier Coatings in a High Heat Flux Environment". Surface and Coatings Technology, Vol. 106, pp. 23-29, 1998.
11- B.D.Choules, K. Kokini,T.A. Taylor, "Thermal Fracture of Ceramic Thermal Barrier Coatings Under High Heat Flux with Time-Dependent Behavior. Part 1. Experimental results", Materials Science and Engineering A, Vol. 299, pp. 296-304, 2001.
12- وکیلی فرد, ح," بررسی و بهینه سازی پارامترهای موثر بر خواص پوشش¬های سد حراتی YSZ-MCrAlY بر روی سوپرآلیاژ پایه نیکل به کمک روش طراحی آزمایش ها"، کارشناسی ارشد پژوهشکده مواد و انرژی، تهران، 1390.
D.R. Gaskell, Introduction to the Thermodynamics of Materials, 4th ed., New York, 2003.
13- K.A. Khor, Z.L. Dong, Y.W. Gu,"Infuence of Oxide Mixtures on Mechanical Properties of Plasmasprayed Functionally Graded Coating". Thin Solid Films, Vol. 368, pp. 86-92, 2000.
14- K.A. Khor, Y.W. Gu, Z.L. Dong, "Mechanical behavior of plasma sprayed Functionally Graded YSZ-NiCoCrAlY Composite Coatings". Surface and Coatings Technology, Vol. 139, pp. 200-206, 2001.
15- J. Shin, S.K. Hur, C.G. Ha, Y.G. Jung, U. Paik, "Mechanical characterization in PSZ/NiCrAlY Composites Fabricated by Plasma Activated Sintering". Journal of Alloys and Compounds, Vol. 313, pp. 248-257, 2000.
16- K. Kokini, Y. R. Takeuchi, B. D. Choules, "Surface Thermal Cracking of Thermal Barrier Coatings Owing to Stress Rrelaxation: Zirconia Vs. Mullite". Surface and Coatings Technology, Vol. 82, pp. 77-82, 1996.
17- A. Ohmori, C-J. Li,"Quantitative Characterization of the Structure of Plasma-Sprayed Al2O3 Coating by Using Copper Electroplating". Thin Solid Films, Vol. 201, pp. 241-252, 1991.
18- C.J. Li, W.Z. Wang, "Quantitative Characterization of Lamellar Microstructure of Plasma-Sprayed Ceramic Coatings Through Visualization of Void Distribution". Materials Science and Engineering: A, Vol. 386, pp. 10-19, 2004.
19- C.J. Li, , W.Z. Wang, Y. He, "Dependency of Fracture Toughness of Plasma Sprayed Al2O3 Coatings on Lamellar Structure". Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 13, pp. 425-431, 2004.
20- H. Xiong, A.Kawasaki, Y. Kang, R.Watanabe, "Experimental Study on Heat Insulation Performance of Functionally Graded Metal/Ceramic Coatings and Their Fracture Behavior at High Surface Temperatures". Surface and Coatings Technology, Vol. 194, pp. 203-214, 2005.
21- B.D. Choules, "Thermal Fracture of Ceramic Coating Under High Heat Flux with Time-Dependence Behavior", ph. D. Thesis Purdue University, West Lafayette, 1998.