19441

۱۹۴۴۱

اعمال پوشش‌ ضخيم سد حرارتي (TTBC) روي سوپر آلياژ پايه نيكل (Hastelloy-x) و بررسي ريزساختار و رفتار اكسيداسيون پوشش

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد - استخراج فلزات

۱۳۹۷/۳/۷

دكتر محمدرضا ابوطالبي - دكتر سيد حسين سيدين

مواد و متالورژي

پوشش‌هاي ضخيم سد حرارتي با ضخامت بيش از 500 ميكرومتر به‌منظور بالا بردن عمر و حفاظت از محفظه احتراق توربين توسعه‌يافته و موردتوجه قرار گرفته اند. به‌منظور بهبود كار‌¬آيي پوشش¬هاي ضخيم تلاش¬هايي به‌منظور اصلاح ساختار آن انجام گرفته، كه يكي از آن‌ها ايجاد ترك‌هاي عمودي در ساختار پوشش است. در تحقيق حاضر پوشش‌هاي 8YSZ (زيركونياي پايدار شده با ايتريا) روي سوپر آلياژ hastelloy-x به روش پاشش پلاسمايي (APS) با ضخامت حدود mµ 1100-1000 ايجاد شد كه در آن با تغيير در شرايط پوشش¬دهي تراكم متفاوتي از ترك‌هاي عمودي در پوشش بالايي بدست آمد. نتايج نشان¬دهنده آن است كه فاصله نازل تا سطح نمونه و همچنين ميزان پيش گرم كردن زير لايه قبل از پوشش¬دهي نقش مهمي در تراكم ترك‌هاي عمودي در ساختار دارد. با افزايش ميزان پيش گرم شدن زير لايه از بازه دمايي 500-300 به 700-600 درجه سانتي‌گراد، تراكم ترك عمودي در ساختار پوشش از mm-165/0 به mm-11 افزايش مي‌يابد. نمونه‌هاي پوشش داده‌شده با استفاده از دستگاه مانت سرد، تحت خلأ، مانت شد و ريزساختار پوشش‌ها با استفاده ميكروسكپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. اكسيداسيون هم¬دماي پوشش ايجادشده در دماهاي 1000 و 1100 درجه سانتي‌گراد و اكسيداسيون چرخه¬اي پوشش نوع دوم در دماي 1000 درجه سانتي‌گراد بررسي شد. مشاهده شد كه بعد از اكسيداسيون هم¬دما سختي پوشش‌ها طي اين عمليات افزايش پيداكرده، اما اين افزايش سختي براي پوشش با دانسيته ترك mm-165/0 با نرخ بالاتري مشاهده مي¬شود. در ادامه سينتيك رشد لايه اكسيدي بعد از اكسيداسيون‌هاي هم‌دما و چرخه¬اي موردبررسي قرار گرفت. ثابت سرعت در بازه بين m2/s 19-10×81/6 و m2/s 17-10×84/5 به دست آمد. علاوه بر اكسيداسيون هم¬دما اكسيداسيون چرخه¬اي نيز در دماي 1000 درجه سانتي‌گراد انجام گرفت و پوشش نوع دوم تا چهل چرخه¬ي حرارتي بدون هيچ عيبي باقي ماند.

1397/07/14

Development of TTBC on Ni-based supper alloy (Hastelloy-x) and characterization of coating

10/6/2018 12:00:00 AM

Thick thermal barrier coatings (TTBCs) have been developed in order to increase the life-time of turbines and increasing thermal protection of combustor applications. Attempts have been made to modify TTBCs for enhancement of coating lifetime. The coating with segmentation cracks was found to be superior to coatings with other structures. In this research project, yttria stabilized zirconia (8YSZ) TTBC coating was applied on Hasrelloy-X superalloy by air plasma spray technique (APS). Adjusting the coating conditions Thermal Barrier Coating of 1-1.1 mm thickness with segmentated crack density 0.65 and 1 mm-1 were obtained. It was found that the substrate temperature played a dominant role in determining the segmentation crack density. The density was found to increase with the arising of substrate temperature and liquid splat temperature. The cohesion within the lamellae were improved by decreasing the distance between the gun and the substrate. Additionally, horizontally branching cracks were also formed together with the segmentation cracks during the spraying. The two types of coatings (type-I and II) with differnent density of segmentation crack were heat-treated at 1000 °C(at 100h) and 1100 °C (at 500h) respectively. The variation of hardness measured by indentation testing had a similar trend in both type of coatings after heat treatments at 1000°C and 1100°C. The growth rate of TGO for TTBCs were evaluated for both cyclic and isothermal oxidation routs at 1000 °C and 1100 °C. The TGO growth kinetics for two type of coatings followed parabolic law. The value of Kps for two types of oxidation are between 5.84 × 10-17 m2/s and 6.81 × 10-17 m2/s. Besides, the typeII coating had a lifetime of more than 40 cycles at thermal cycling at 1000 °C