بهبود بخشی مقاومت اکسایشی دما بالا و مقاومت به پوسته‌ای شدن در پوشش‌ کاربید سیلیسیوم (SiC): پوشش های حائل حرارتی خود ترمیم‌ شونده

Enhancement of high temperature oxidation resistance and spallation resistance of SiC-self-healing thermal barrier coatings

چکیده

پوشش‌ کاربید سیلیسیوم به صورت گسترده ای برای حفاظت از تیغه های فلزی در توربین های گازی هنگامی در شرایط کاری شامل محیط های تهاجمی در دماهای بالا قرار می گیرند، استفاده می‌شوند. مهم ترین فاکتوری که دوام TBC را کنترل می‌کند رشد لایه اکسیدی رشد شونده به صورت حرارتی (TGO) که در حین اکسیداسیون دما بالا به وجود می آید، می باشد. برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون در یک TBC مرسوم، پوشش خود ترمیم شونده SiC، اسما پوشش SAZ، با روش پاشش پلاسمای هوایی (APS) بر روی TBC دولایه ای کلاسیک (YSZ TBC)، که شامل یک پوشش پیوندی (BC) و یک پوشش YSZ می‌باشد، آماده شد.

شکاف ها به ذرات sic که در بیرون سطح شکاف قرار دارند اجازه می دهد که با اکسیژن موجود در محیط در دمای بالای ۷۲۰ درجه سانتی گراد که به ترمیم کنندگی منجر می‌شود، واکنش دهند. با پیشرفت اکسیداسیون، سطح شکاف با اکسید تشکیل شده پوشیده می‌شود. در نهایت، فاصله بین سطوح شکاف به طور کامل و یا غیر کامل با اکسیدهای تشکیل شده پر می‌شود. اثر این درزگیری باعث افزایش مقاومت به نفوذ اکسیژن در پوشش های SAZ می‌شود و در نتیجه فشار جزئی اکسیژن در سطح تماس BCYSZ  در نمونه های SAZ TBC کمتر از نمونه های YSZ TBC خواهد بود.

مقاومت به اکسیداسیون و پوسته ای شدن در نمونه های SAZ TBC به دلیل اینکه سرعت رشد TGO در اثر فشار جزوی کم اکسیژن کمتر می باشد، افزایش خواهد یافت. تست های اکسیداسیون چرخه ای دما بالا در دمای ۱۱۲۷ درجه سانتی گراد برای بررسی کردن مقاومت به اکسیداسیون و پوسته ای شدن در SAZ TBC به عمل آمد. نتایج نشان دادند که افزایش جرم نمونه های SAZ TBC که به مقاومت به اکسیداسیون مربوط می باشد برابر ۶۳.۲۹% نمونه های YSZ TBC بود و کاهش جرم نمونه های SAZ TBC که به مقاومت به پوسته ای شدن مربوط می باشد برابر ۵۶.۰۸% نمونه های YSZ TBC بود.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Thermal barrier coatings (TBCs) are extensively used to protect metallic blades in gas-turbine engines where the operating conditions include an aggressive environment at high temperatures. The most important factor controlling TBC durability is the growth of a thermally grown oxide (TGO) layer which is formed during high temperature oxidation. To improve the oxidation resistance of conventional TBC, the SiC-self-healing coating, named the SAZ coating, was prepared by air plasma spray (APS) technique on the top of the classic bilayer TBC (YSZ TBC), which consist of the bond coating (BC) and the YSZ coating.

Cracks allow SiC particles locating on the crack outside surface to react with the oxygen in the atmosphere at the temperature above 720 °C resulting in healing. As oxidation progress, the crack surfaces are covered with the formed oxide. Finally, the space between the crack surfaces is completely or incompletely filled with the formed oxide. The sealing effect enhanced the oxygen diffusion resistance of SAZ coatings, therefore the partial pressure of oxygen at the BCYSZ interface of SAZ TBC samples would be lower than of YSZ TBC samples.

The oxidation and spallation resistance of the SAZ TBC samples will be enhanced because the growth rate of TGO is slower due to the low partial pressure of oxygen. The high temperature cyclic oxidation tests performed at 1127 °C was carried out to investigate the oxidation and spallation resistance of the SAZ TBC. The results demonstrated that the mass gain of SAZ TBC samples, which was related to oxidation resistance, was 63.29% of YSZ TBC samples, and the mass loss of SAZ TBC samples, which was related to spallation resistance, was 56.08% of YSZ TBC samples.