عنوان
ارزيابي عملكرد و مكانيزمهاي تخريب پوششهاي چندلايه سد حرارتي شامل لايه رويي گادولينيوم زيركونات به روش پاشش حرارتي
نويسنده اصلي
صدري، احسان
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
براي افزايش بهر ه‌وري در توربينهاي گازي (هوايي و نيروگاهي) نياز به افزايش دماي بالاتر از °C1200 در سطح پوشش سد حرارتي (TBC)
و ايجاد گراديان دمايي بيش از °C200 با زيرلايه فلزي بوده كه در پوششهاي متداول TBC با محدودي تهايي همراه است. در اين پژوهش
عملكرد و مكانيزمهاي تخريب پوششهاي سد حرارتي نوين از دو ديدگاه، تركيب شيميايي و طراحي ريزساختار، ارزيابي شده است.
به جهت اصلاح تركيب شيميايي از پوشش رويي (TC) پيروكلر گادولينيوم زيركونات (GZO) با هدف بهبود كاركرد نارسانايي حرارتي و
افزايش عمر سيكلي پوشش استفاده شد، از عناصر هافنيوم و سيليسيم نيز به منظور افزايش چسبندگي لايه اكسيد حرارتي (TGO) و اصلاح
رفتار محافظتي پوشش پيوندي استفاده گرديد. در راستاي طراحي ريزساختار، با توجه به عملكرد چندگانه همزمان TBC از پوششهاي
چندلايه با نقش اختصاصي لايه‌ها استفاده شد. به اين منظور، نقش پوشش پيوندي (BC) به دو لايه با كاركرد جداگانه‌ي بهبوديافته تفكيك
گرديد. پوشش سراميكي رويي GZO براي افزايش نارسانايي حرارتي و پوشش مياني YSZ براي ايجاد تافنس شكست پوشش و انطباق
مناسب با BC استفاده شد. آزمون‌هاي شوك حرارتي، خستگي سيكل حرارتي (اكسيداسيون سيكلي) و خوردگي داغ محيط واناداتي براي
ارزيابي عملكرد حرارتي و محيطي پوشش‌ها متناسب با شرايط حرارتي و محيطي مورد نياز توربين‌ها اعمال شد. با ايجاد ريزساختار دوگانه‌ي
بهينه اي از توزيع حفرات در GZO پيروكلر، مقاومت زينترينگ ، نارسانايي حرارتي و عمر GZO افزايش يافت. انطباق مناسب پوشش مياني
فلزي با ريزساختار APS موجب افزايش استحكام اتصال فصل مشترك با TC و افزايش تحمل تنشي پوشش، هنگام رشد TGO شده كه عمر
خستگي و شوك حرارتي پوشش را به صورت قابل توجهي افزايش داد. حضور اكسيدهاي غني از هافنيوم باعث كاهش رشد و نرخ راچتينگ
TGO شده است. پوشش چهار لايه NiCoCrAlY(HfSi)-HVOF/NiCoCrAlY(HfSi)-APS/YSZ-APS/GZO-APS داراي عمر خستگي
حرارتي (بيش از 50 %) و شوك حرارتي (بيش از 100 %) بيشتري نسبت به پوششهاي متداول هستند. شايان ذكر است هر يك از لايه‌هاي
فوق در اين پوشش داراي نقش‌هاي اختصاصي نارسانايي حرارتي، تافنس شكست در نواحي پر تنش، چسبندگي فصل مشترك BC/TC ،
محافظت اكسيداسيوني BC و افزايش مقاومت خزشي BC هستند. ارزيابي مقاومت خوردگي داغ پوشش‌ها در محيط نمك‌هاي واناداتي
دماي °C1000 نشان داد جدا شدن لايه‌ي سراميكي رويي عامل كنترل كننده‌ي عمر خوردگي داغ اين TBC ها است. تشكيل واناداتهاي
گادولينيوم و ايتريوم به ترتيب در GZO و YSZ و متعاقبا استحاله مارتنزيتي مونوكلينيك زيركونياي باقيمانده باعث تشديد تنشها و جوانه‌زني
ترك‌هاي افقي درون لايه سراميكي شده است. نقش ريزساختار بهينه GZO در بهبود عمر خوردگي داغ اين پوشش‌ها كليدي است به نحوي
كه در ريزساختار بهينه، زمان جدا شدن ورقه‌اي آن حدود سه برابر بيشتر شده است. با توجه به نتايج مي‌توان بيان نمود براي افزايش بيشتر
عمر حرارتي اين پوشش‌ها، نياز به بهبود استحكام فصل مشترك سراميكي GZO/YSZ و ريزساختار لايه مياني فلزي است.
شماره ركورد
215035
گرايش رشته تحصيلي
مهندسي مواد
دانشكده
مهندسي مواد
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد مشاور
حميدرضا سليمي جزي
استاد داور
احمد كرمانپور، مهران نحوي، سعيدرضا بخشي
استاد راهنما
فخرالدين اشرفي‌زاده، عبدالمجيد اسلامي