اعمال، مشخصه يابي، بررسي ريزساختاري و مقايسه رفتار شوك حرارتي پوشش هاي سد حرارتي دو لايه و درجه بندي شده حاصل از تغيير تدريجي تركيب شيميايي لايه هاي فلز/سراميك

Production, characterization, microstructure study and comparison of thermal shock behavior of two-layer and functionally graded thermal barrier coatings

پوشش هاي سد حرارتي با هدف عايق كردن اجزاي موجود در بخش هاي داغ توربين هاي گازي در جهت افزايش دماي كاري و بازدهي اين قطعات مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين پژوهش، پوشش هاي سد حرارتي معمولي و درجه بندي شده از جنس NiCrAlY/YSZ به روش پاشش پلاسمائي بر روي زيرلايه از جنس سوپر آلياژ x-Hastelloy اعمال شد. نمونه ها تحت شوك حرارتي با سيكل معين قرار گرفتند. بررسي متالوگرافي نمونه ها توسط ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي و تشخيص فازهاي تشكيل شده در سطح به وسيله آناليز تفرق اشعه ايكس انجام شد. پس از مشخصه يابي تركيبي و ساختاري، تنش ناشي از شوك حرارتي در آنها به كمك روشي نوين اندازه گيري شد. در اين تحقيق از روش نانوفرورونده براي اندازه گيري تنش پسماند در پوشش هاي سد حرارتي بهره برده شده. نتايج آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه در پوشش درجه بندي شده ريزساختار، تخلخل و تركيب شيميائي بطور تدريجي تغيير مي كند. بررسي سطح ظاهري نمونه ها پس از اعمال شوك حرارتي نشان داد كه جدايش و لايه لايه شدگي در پوشش سد حرارتي دولايه در مناطق وسيع تري نسبت به پوشش هاي درجه بندي شده اتفاق افتاده است. نتايج اندازه گيري تنش به روش نانوفرورونده حاكي از آن بود كه روش طراحي شده براي اندازه گيري تنش بر خلاف ساير روش هاي متداول بدون تخريب نمونه قادر به اندازه گيري تنش در امتداد عمق نمونه با دقت قابل قبول مي باشد.

Thermal barrier coatings are used to insulate the components in the hot turbine parts to increase the working temperature and efficiency of these components. In this study، conventional and functionally graded thermal barrier coatings of NiCrAlY / YSZ were applied by plasma spraying on Hastelloy-x. The specimens were subjected to thermal shock with a defined cycle. The coatings were characterized using optical microscope، Scanning Electron Microscopy (SEM)، Energy Dispersive x-ray Spectrometry (EDS)، map analysis and X-Ray Diffraction (XRD). Moreover، thermal shock resistance of the coatings was determined. The thermal shock stress was measured by a new method. In this research، nano-indentation stress measurement method was used to measure the residual stress in thermal barrier coatings. The results of scanning electron microscopy analysis showed that microstructure، porosity and chemical composition changed gradually through the functionally graded coating. Surveying the surface of the samples after applying thermal shock showed that the separation of layers in the two-layer thermal barrier coatings occurred more than the graded coatings. The results of stress measurement by nano-indentation method indicated that the designed method for measuring stress، in contrast to other conventional methods، can measure stresses along the coating depth with acceptable accuracy، without damaging the sample.