كليدواژه :
پوشش سد حرارتي , مولايت , زيركونياي پايدار شده با ايتريا , اكسيداسيون , لايه اكسيد رشديافته حرارتي
چكيده فارسي :
قطعات توربين گازي در شرايط كاري سخت يعني در دماي بالا و اتمسفر اكسيدكننده و خورنده شديد كار مي‌كنند. به همين دليل بايد مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي خوبي داشته باشند. بنابراين، از پوشش‌هاي سد حرارتي (TBC) بطور گسترده‌اي روي قطعات داغ توربين‌هاي گازي به منظور كاهش دماي كاري قطعات و كاهش شدت اكسيداسيون و خوردگي آنها استفاده مي‌شود. در اين تحقيق، اكسيداسيون پوشش‌هاي ايجادشده هيبريدي مولايت و زيركونياي پايدارشده با ايتريا (YSZ) روي سوپرآلياژ IN-738LC بررسي شد. نتايج بررسي اكسيداسيون در دماي ℃ 1000 به مدت 50 و 100 ساعت بر روي نمونه‌ها نشان داد كه حضور فاز مولايت مي‌تواند براي پوشش‌هاي هيبريدي مفيد باشد. بطوريكه ضخامت لايه TGO در پوشش 50 % مولايت نسبت به پوشش 25 % مولايت كاهش يافته‌است. اما افزايش بيشتر مولايت تا 100 % اثر محسوسي براي كاهش اكسيد‌هاي اسپينل نداشت. همچنين، حضور مولايت در كنار YSZ منجر به افزايش سختي پوشش‌ها نسبت به پوشش تك‌لايه مولايت و YSZ گرديد. افزايش درصد مولايت منجر به كاهش استحكام خمشي پوشش‌ها نيز شد كه مي‌تواند آثار مخربي داشته‌باشد. حضور فاز مولايت در كنار YSZ در پوشش، پايداري پوشش را افزايش داد، به‌طوري‌كه در بررسي الگوي پراش اشعه ايكس فاز منوكلينيك در پوشش‌هاي هيبريدي تشكيل نشد. اما در پوشش‌هاي تك‌جزيي YSZ حضور فاز منوكلينيك مشاهده شد كه مي‌توان گفت حضور اين فاز همراه با اكسيداسيون، عامل تخريب پوشش‌ها بودند. مشخص شد كه بطور كلي وجود مولايت مي‌تواند براي پوشش هيبريدي نتايج خوبي را به همراه داشته‌باشد اما درصد بهينه اجزاء براي اين نوع پوشش‌ها، پوششي حاوي 50% مولايت بود كه از تمامي پوشش‌ها خواص بهتري داشت.
چكيده لاتين :
In harsh operational conditions, such as high temperatures and corrosive atmospheres, gas turbine components endure severe working conditions. Therefore, it is imperative for these components to exhibit a high resistance to oxidation and corrosion. Consequently, Thermal Barrier Coatings (TBCs) are extensively applied to hot-section components of gas turbines to mitigate operating temperatures and reduce the severity of oxidation and corrosion. In this study, the oxidation of hybrid coatings composed of mullite and yttria-stabilized zirconia (YSZ) on the superalloy IN-738LC was examined. The results of the oxidation tests at 1000°C for 50 and 100 hours demonstrated the potential benefits of mullite phases in hybrid coatings. Specifically, the presence of mullite led to a reduction in the thickness of the Thermally Grown Oxide (TGO) layer in the 50% mullite coating compared to the 25% mullite coating. However, further increasing the mullite content to 100% did not have a significant impact on reducing spinel oxides. Additionally, the presence of mullite alongside YSZ resulted in enhanced coating hardness compared to single-layer mullite or YSZ coatings. However, increasing the mullite content also led to a reduction in the coating s flexural strength, potentially causing detrimental effects.The presence of mullite in conjunction with YSZ in the coating improved its stability, to the extent that monoclinic phase formation was absent, as evidenced by X-ray diffraction analysis. In contrast, monoclinic phase presence in single-layer YSZ coatings suggested its role as a factor in coating degradation, particularly under oxidative conditions. Generally, mullite content was found to be advantageous for hybrid coatings, with the optimal composition being 50% mullite, exhibiting superior properties compared to all other tested coatings.Furthermore, increasing the thickness of the ceramic layer in hybrid coatings to 350 µm reduced the TGO layer thickness and the level of spinel oxides, thereby improving the coating s properties. Gradient coatings were also investigated, where the TGO layer thickness in mullite and YSZ gradient coatings significantly decreased compared to hybrid coatings. The predominant oxidation occurred in the alumina scale, and spinel oxides were minimized. Moreover, the reduced thermal expansion coefficient difference between mullite and YSZ in gradient coatings mitigated crack formation and delamination, which was observed less frequently compared to conventional hybrid coatings.
