16422

16422

بررسي ريز ساختاري و خواص پوشش كامپوزيتي سد حرارتي Al2O3/YAG/YSZ

كارشناسي ارشد

سراميك

شهريور 1395

دكتر حسين سرپولكي - دكتر سعيد رستگاري

دكتر ضيا والفي

مواد و متالورژي

چكيده هدف ما در اين پروژه بررسي مقاومت به اكسيداسيون در پوشش هاي كامپوزيتي سد حرارتي و مقايسه آن با پوشش سد حرارتي معمولي است. پوشش سد حرارتي به طور معمول YSZ است كه ZrO2 تثبيت شده با 8 درصد وزني Y2O3 است كه به دليل ضريب هدايت حرارتي كم در پوشش هاي سد حرارتي كاربرد بالقوه زيادي دارد٬ ولي به دليل اينكه داراي فشردگي و تراكم كمي است٬ در مقابل اكسيداسيون مقاومت چنداني ندارد و اكسيداسيون لايه هاي زيرين منجر به پوسته اي شدن و تخريب پوشش سد حرارتي مي شود. آلومينا و ايتريم آلومينيوم گارنت به دليل تراكم و فشردگي بيشتر نسبت به پوشش سد حرارتي YSZ منجر به افزايش مقاومت به اكسيداسيون در پوشش سد حرارتي مي شوند. در اين تحقيق٬ ابتدا پودر سنتزيAl2O3/YAG به روش سل-ژل توليد شد .براي ايجاد پوشش سد حرارتي كامپوزيتي 15wt% Al2O3/YAGبا 85wt% YSZو 30wt% Al2O3/YAG با 70wt% YSZو 45wt% Al2O3/YAGبا 55wt% YSZ تركيب شدند و اين پوشش هاي كامپوزيتي به ترتيب YS85٬ YS70 و YS55 ناميده شدند. از زير لايه سوپرآلياژ پايه نيكل IN738-LC به عنوان لايه زيرين استفاده شد و پوشش اتصال و پوشش هاي كامپوزيتي سد حرارتي به روش پاشش دهي پلاسما بر روي زيرلايه پوشش داده شدند. آزمايش چرخه هاي اكسيداسيون در دماي °C1050 به همراه تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي و اندازه گيري ضخامت لايه اكسيدي با استفاده از نرم افزار تحليل عكس كلمكس نشان داد كه در پوشش سد حرارتي YSZ ضخامت لايه اكسيدي تشكيل شده برروي پوشش اتصال به مقدار µm8/4 رسيد. در نمونه هاي پوشش كامپوزيتي YS85 و YS70 با افزايش Al2O3/YAG تراكم پوشش كامپوزيتي سد حرارتي افزايش يافته٬ نفوذ اكسيژن به پوشش اتصال كاهش يافته و ضخامت لايه اكسيدي كم شده و به مقدار تقريبي µm2/3 رسيد و لايه اكسيدي از لايه اصلي آلومينا تشكيل شد و مقاومت به اكسيداسيون افزايش يافت. در نمونه هاي پوشش كامپوزيتي YS55 تراكم پوشش كامپوزيتي بيشتر شده٬ ولي با افزايش تنش هاي عدم انطباقي نفوذ اكسيژن به پوشش اتصال افزايش يافته و ضخامت لايه اكسيدي افزايش يافته و به مقدار تقريبي µm4/4 رسيد و لايه اكسيدي علاوه بر آلومينا از لايه اكسيدي نيكل و كروم تشكيل شد و مقاومت در برابر اكسيداسيون كاهش يافت. واژه هاي كليدي :پوشش سد حرارتي كامپوزيتي، زيرلايه، پوشش اتصال٬ لايه اكسيد رشد كرده براثر حرارت٬ YAG

1395/11/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract The Microstructure an​d Isothermal oxidation behavior of composite an​d conventional YSZ TBCS were investigated .The top coat mainly consists of Yttria stabilized Zirconia (YSZ) with a low thermal conductivity an​d low oxidation resistance. Therefore Al2O3/YAG was used to increase the oxidation resistance in thermal barrier coating. In this research Al2O3/YAG powder was synthesized by a sol-gel method. In order to produce composite YSZ TBCS, Al2O3/YAG powders were mixed with YSZ powders. For that reason 15wt% of Al2O3/YAG was mixed with 85wt% of YSZ, 30wt% of Al2O3/YAG was mixed with 70wt% of YSZ an​d 45wt% of Al2O3/YAG was mixed with 55wt% of YSZ an​d these composite YSZ TBCS were nominated YS85٫ YS70 an​d YS55. Ni based IN738-LC was used as a substrate, then bond coat an​d composite YSZ TBCS were melted by air plasma spray method. Then high temperature cyclic oxidation test at 1050○C for 200hr an​d weight changes per unit area of Composite YSZ TBCS with scanning electron microscopy observations revealed that in YSZ TBC thermally grown oxide thickness was 4/8 µm. In YS85 an​d YS70 by increasing the coating compaction٫ the oxidation resistance was increased an​d the thickness of thermally grown oxide was decreased (3/2 µm) an​d in YS55 composite thermal barrier coating by increasing the thermal stresses, the oxidation resistance was decreased an​d the thickness of thermally grown oxide was gradually increased to 4/4 µm. Key words: Composite YSZ TBC, Substrate, Bond coat, Thermally grown oxide, YAG