بررسی عملکرد تشکیل ترک‌های عمودی در آزمون اکسیداسیون و شوک حرارتی پوشش نانو YSZ-40%wtAl2O3 اعمال شده روی YSZ با فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری
محورهای موضوعی : عملیات حرارتی
سعید تقی رمضانی
1
(
کارشناس ارشد مهندسی خوردگی و حفاظت از مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.
)
ضیاء والفی
2
(
مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
)
کلید واژه: سد نفوذی, YSZ-Al2O3, ترک عمودی, اکسیداسیون دما بالا, شوک حرارتی,
چکیده مقاله :
هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی عملکرد تشکیل ترک‌های عمودی در راستای ضخامت پوشش YSZ-40%wtAl2O3 روی YSZ و بهبود مقاومت به اکسیداسیون و شوک حرارتی پوشش‌های سد حرارتی با فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری می‌باشد. در این تحقیق ابتدا پودر YSZ-40%wtAl2O3 با استفاده از فرایند هم‌رسوبی سنتز و سپس با فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری روی YSZ اعمال شد. آزمون اکسیداسیون دما بالا در دمای C˚1100 و آزمون شوک حرارتی در دمای C˚1000 انجام گرفتند. مشخصه‌های ساختاری و فازی پوشش‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و پراش‌سنجی پرتو X (XRD) بررسی شدند. مقایسه‌ی ساختاری نمونه‌ها نشان دادند که استفاده از ترکیب یوتکتیک YSZ-40%wtAl2O3 به دلیل کاهش دمای ذوب ترکیب و افزایش ذوب شوندگی که تماس مناسب بین اسپلت‌ها را به همراه دارد. این پوشش افزایش 6/18 درصدی مقاومت به اکسیداسیون را نسبت به TBC معمولی نشان داد. همچنین یافته‌ها نشان دادند که تجزیه پیش‌ماده پیرولیزنشده در ساختار پوشش YSZ-40%wtAl2O3 منجر به ایجاد ترک‌های عمودی در ساختار پوشش می‌شود که با افزایش زمان اکسیداسیون تعداد ترک‌های عمودی با فاصله‌ی مشخص در ساختار پوشش نیز افزایش خواهد یافت. همچنین قابلیت مناسب ترک‌های عمودی ایجاد شده در پوشش YSZ-40%wtAl2O3، از نظر تحمل تنش‌ها، توانایی پوشش جهت آزادسازی تنش‌ها در حین سیکل‌های حرارتی را افزایش داده و در نهایت به افزایش دوام پوشش منجر می‌شود.
The purpose of this research is to investigate the performance of vertical cracks along the thickness of YSZ-40%wtAl2O3 coating and to improve the resistance to oxidation and thermal shock of thermal barrier coatings by creating a layer of YSZ-Al2O3 applied on the YSZ by atmospheric plasma spraying. In this research, YSZ-40%wtAl2O3 powder was synthesized using co-precipitation process and then applied on the YSZ by atmospheric plasma spraying process. High temperature oxidation test at 1100 ˚C and thermal shock test at 1000 ˚C were performed. The structural and phase characteristics of the coatings were investigated using optical microscope, field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and X-ray diffractometry (XRD). The structural comparison of the samples showed that the use of the YSZ-40%wtAl2O3 eutectic compound due to the decrease in the melting temperature of the compound and the increase in the melting which brings the proper contact between the splats. This coating showed 18.6% increase in oxidation resistance compared to conventional TBC. Also, the findings showed that the decomposition of the un-pyrolysed precursor in the coating structure of YSZ-40%wtAl2O3 leads to the creation of vertical cracks in the coating structure, which as the oxidation time increases, the number of vertical cracks with a certain distance in the coating structure will also increase. Also, the suitability of the vertical cracks created in the YSZ-40%wtAl2O3 coating, in terms of stress tolerance, increases the ability of the coating to release the stresses during thermal cycles and finally leads to increase in the durability of the coating.
