17108

17108

سنتز و بررسي خواص حرارتي پوشش سد حرارتي نانو ساختار زيركونيا پايدار شده با اسكانديا و سريا ( ScCeSZ)

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد - نانو مواد (نانو فناوري)

آبان ماه 1395

روح الله رحماني فرد - يوسف سيد جليلي

احمد كيواني

فناوري هاي نوين

چكيده زيركونيا پايدار شده به طور‌جزئي با ايتريا (YSZ 8-7) از پركاربردترين پوشش‌هاي سد حرارتي است. با اين حال در دماهاي بالاتر از C°1200 فاز پايدار شده تتراگونال به مونوكلينيك تبديل مي‌شود و احتمال ترك در پوشش را افزايش مي‌دهد. در اين تحقيق زيركونيا پايدار شده با اسكانديا و سريا (ScCeSZ) نانو ساختار به‌وسيله روش سل ژل پليمري سنتز شده و اثر مقادير مختلف پايداركننده هاي اسكانديا و سريا بر پايداري حرارتي آن مورد بررسي قرار گرفت. نمونه‌هاي مختلف در دماي C°1400 و مدت زمان 25 ساعت تحت عمليات حرارتي قرار گرفته و به منظور تعيين تركيب بهينه، پايداري حرارتي آن‌ها به‌وسيله XRD با سرعت اسكن پايين بررسي شد. با مقايسه مقدار فاز منوكلنيك تشكيل شده، مقدار تتراگوناليته و فاز تتراگونال استحاله ناپذير و فاز مكعبي، 78/4% مولي اسكانديا بدون تشكيل فاز منوكلنيك و با تتراگوناليته 0064/1 به عنوان تركيب بهينه انتخاب شد. در آزمايش ديلاتومتري ضريب انبساط حرارتي ScCeSZ 4.78 در˚C 1000 عدد °C-16-10×65/11 به دست آمد كه نسبت به YSZ نانو ساختار ( °C-16-10× 11) بهبود داشته است. در ادامه نانو پودرهاي تهيه شده به روش خشك كن پاششي آگلومره شدند. پوشش سد حرارتي 4.78ScCeSZ نانو ساختار به روش پاشش حرارتي اعمال شد. با افزايش ضريب انبساط حرارتي به همراه افزايش در پايداري حرارتي و در نتيجه كاهش تنش حرارتي در پوشش4.78ScCeSZ، انتظار مي‌رفت كه شاهد بهبود در مقاومت به شوك حرارتي پوشش معرفي شده نسبت به YSZ نانو ساختار و پوشش‌هاي معمول باشيم با اين حال جاي گيري سست نانوذرات ذوب نشده در بين اسپلت‌هاي ساختار پوشش، كاهش استحكام پيوند پوشش را به همراه داشته و سبب شكست زود هنگام آن مي‌شود.

1396/01/25

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Yttria stabilized zirconia (7YSZ) is widely used as standard Thermal Barrier Coatings (TBCs). However, for temperatures higher than 1200˚C tetragonal phase may be transformed to the monoclinic phase, which results in the formation of cracks in the coating an​d accelerates the spallation failure of TBCs. In this study, nanostructured scandia-ceria doped zirconia (ScCeSZ) were synthesized via polymerized sol-gel method an​d the effect of different amounts of scandia an​d ceria stabilizers on the thermal phase stability of the temputre of 1400˚C were investigated by slow scan XRD. By comparing the amounts of monoclinic, non-transformable tetragonal (t') an​d cubic phases an​d the amount of tetragonality, the optimum combination in terms of thermal performance was determined. The results show that Nanostructured 4.78ScCeSZ tetragonality is 1.0064 an​d monoclinic phase has not formed after thermal treatment. Thus, this is the optimum combination. In addition, the result from dilatometer test indicated that CTE of 4.78ScCeSZ is 11.65±0.5×10-6˚C-1. This amount is an improvement on nanostructured 7YSZ with CTE of 11±0.5×10-6˚C-1. So, it is expected that enhancing CTE along with enhancing thermal stability result in a better thermal shock behavior of the deposited coating due to decreased thermal stress. Nanostructured 4.78ScCeSZ was deposited by atmospheric plasma spraying (APS) on NiCoCrAlY-coated Inconel 738 substrates an​d thermal shock behavior of the coating was investigated in 1000˚C. Unexpectedly, because of unmelted nanoparticles which were loosely disturbed between the lamellar structure, the horizontal cracks were formed quickly an​d the life time of nanostructured TBC has limited against conventional TBCs.