مواد و ساخت پیشرفته

بسیاری از اجزای موتورهای توربین گازی مدرن مانند محفظه های احتراق، تیغه ها و پره ها در دمای بسیار بالا کار می کنند. پوشش های سد حرارتی (TBC) برای محافظت از این اجزا مورد نیاز است. در چند دهه گذشته، زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ) به محبوب ترین نوع TBC تبدیل شده است. با این حال، پوشش های YSZ یک انتقال فازی قابل توجهی را تجربه می کنند و حجم آنها به طور قابل توجهی با افزایش دمای سرویس به بالای 1200 درجه سانتی گراد تغییر می کند. این در نهایت باعث ایجاد تنش حاصل از رشد در سطح مشترک می شود که باعث شکست شدید و زودرس بستر آلیاژ می شود. بنابراین، توسعه مواد TBC جدید با مقاومت حرارتی بهبود یافته و پایداری حرارتی عالی مورد نیاز است. بر اساس تحقیقات اخیر، گزارش شده است که استفاده از اکسیدهای خاکی کمیاب چند جزئی در فرمولاسیون پوشش YSZ به طور قابل توجهی خواص حرارتی و فیزیکی آنها را افزایش می دهد.

اکسیدهای رشد یافته حرارتی (TGO) کلید تعیین طول عمر پوشش های سد حرارتی (TBCs) هستند. در جدیدترین مطالعه، رفتار رشد لایه TGO در یک پوشش سرامیکی دوگانه متشکل از CoCrNiAlY، زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا، و زیرکونیای تثبیت شده با خاک کمیاب (CoCrNiAlY-YSZ-RSZ) با یک لایه آبکاری Al بررسی شده است. هدف از کار گزارش شده در اینجا ارائه تجزیه و تحلیل جامع از نفوذ فصل مشترک، واکنش اکسیداسیون، و مکانیسم رشد لایه TGO در این پوشش سرامیکی دوگانه است. نتایج نشان می‌دهد که عیوب ذاتی (به عنوان مثال، حفره ها یا ترک‌ها) در لایه سرامیکی دوگانه بدون آبکاری Al، مسیرهای نفوذ اکسیژن را فراهم می‌کنند. این مسیرهای نفوذی منجر به افزایش وزن اکسیداسیون بالا، نفوذ عنصری شدید CoCrNiAlY و رشد سریع TGO می‌شوند. با این حال، استفاده از لایه آبکاری Al به طور موثر این عیوب لایه سرامیکی ذاتی را مهر و موم می کند و منجر به تشکیل یک لایه مانع متراکم و پیوسته آلومینا می شود. این لایه مانع به طور قابل توجهی از نفوذ داخلی اکسیژن و همچنین رشد سریع TGO جلوگیری می کند. بنابراین، پوشش سرامیکی دوگانه ساخته شده با لایه آبکاری Al، نرخ افزایش وزن اکسیداسیون بسیار پایینی را در مقایسه با پوشش بدون آبکاری Al نشان می‌دهد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0257897221012342