پوشش های حفاظتی برای توربین های گازی

مقدمه
نگرانی های اقتصادی و زیست محیطی، برای کاهش تولید گازهای گلخانه ای نیروی محرکه اصلی در پشت تقاضای رو به افزایش برای تولید توربین های گازی است. اما درجه حرارت ورودی موتور این توربین های گازی بسیار بالاست. یکی از موثرترین روش های جلوگیری از تخریب مواد در دماهای بالا، پوشش دهی آن ها است. کارایی و راندمان موتورهای توربینی گازی، مستقیما وابسته به دمای کاری است. از این رو، افزایش دمای ورودی توربین منجر به بهبود قابل توجه عملکرد و راندمان موتور خواهد شد. در حقیقت پوشش های مقاوم به حرارت باعث کاهش شدت انتقال و کاسته شدن از دمای زیر لایه می شوند. که بهبود مصرف سوخت، قدرت موتور و ماندگاری اجزای موتور را در پی خواهند داشت. برای کاهش دمای سطح قطعات توربین های گازی، موتورهای دیزل و دیگر قطعات که در دمای بالا کار می کنند از پوشش های سد حرارتی (TBC) است. مکانیزمی که باعث کاهش دمای سطح قطعات می شود در شکل زیر آورده شده است. این شکل مقطع برش خورده از یک پره توربین گازی است که با استفاده از دو روش جریان هوا و TBC  خنک­ کاری می­شود.

مکانیزم کاهش دمای پره­های توربین با استفاده از TBC

نیاز به مواد فلزی مناسب در دماهای بالا، تحقیقات وسیعی را برای یافتن فلزات با نقطه ذوب بالا در بر گرفته است. متاسفانه فلزات دیر گداز مقاومت ضعیفی در برابر اکسیداسیون دارند که مانع استفاده طولانی مدت آن در شرایط حفاظت نشده در محیط های اکسید کننده در دمای بالا می شود. سوپر آلیاژها و ترکیبات بین فلزی جدید ترین مواد برای کاربردهای مهم مهندسی می باشند. پره های متحرک ردیف اول توربین های گازی بسته به شرایط کاری همواره  در معرض بارهای ترمودینامیکی و محیط های خورنده قرار دارند. استفاده از پوشش های محافظ برای پره های متحرک توربین های گازی برای افزایش مقاومت آن ها در برابر خوردگی و اکسیداسیون، لازم و ضروری می باشد. توسعه پوشش های پره های توربین های گازی موجب ایجاد انواع پوشش ها گردیده است که شامل پوشش های نفوذی، پوشش های روکشی Mcr ALY و پوشش های سرامیکی سد حرارتی TBC ،پوشش های سد حرارتی دو لایه و مرکب ( FGM )، پوشش های سد حرارتی زیر کنیایی پایدار شده، ریز ساختار پوشش های آلومیناید اصلاح شده با سیلیسیم یا تیتانیوم و پوشش های آلومینیادی می باشند.روش های پوشش دهی مرسوم برای این پوشش ها، روش سمانتاسیم پودری، EB-PVD، اسپری پلاسمایی، تغییر تدریجی ترکیب شیمیایی لایه های فلز/سرامیک، لایه نشان پلاسمایی MCR ALY/YSZ می باشد. شرایط کاری توریبن های گازی، نوع و ترکیب سوخت، آلاینده های هوای ورودی، طراحی توربین و … نقش مهمی در انتخاب پوشش های محافظ  برای پره های متحرک توربین های گازی دارند.به هر حال اثر حفاظتی پوشش موقعی آشکار خواهد گردید که هم از لحاظ پره و هم از لحاظ شرایط بهره برداری توربین، پوشش مناسبی انتخاب گردد.

pare turbin

TBC = Thermal Barrier Coating.

Overally Coating. = پوشش های روکشی

FGM =Functionally Graded materials.

EB-PVD = Electron Beam Physical Vapor Deposition

اسپری پلاسمایی = Suspension Or Solution Precursor Plasma Spray

YSZ = Yttria Stabilized Zirconia

معرفی پوشش های سد حرارتی:

Simulationen – Anwendungen: Was ist die optimale Schaufelform von Turbinen? Wie stark oszilliert der Druck in der Brennkammer? Computersimulationen liefern die Antwort. Simulation - Applications: What´s the optimum shape for a turbine blade? How much does the pressure in a combustion chamber oscillate? Computer simulations provide the answers. PoF Frühjahr 2006, S. 81fSiemens-Pressebild / Siemens press photo
پوشش­های سد حرارتی دارای سه لایه مختلف می­باشند.
  • لایه فوقانی ( (TCکه از مواد سرامیکی می­باشد. وظیفه اصلی این لایه کاهش انتقال حرارت می­باشد.
  • لایه دوم که به لایه میانی (BC) موسوم است. نقش اصلی لایه میانی چسبندگی بهتر TC به زیرلایه می­باشد. از آنجا که لایه میانی همیشه حاوی Al می باشد، همیشه یک لایه اکسیدی که معمولا درصد بیشتری از آن آلومینا می­باشد بین لایه میانی و لایه فوقانی به وجود می­آید. به دلیل این که این لایه در اثر حرارت ایجاد می­شود به آن لایه اکسیدی حرارتی (TGO) گفته می­شود.
  • لایه ی سوم لایه ی اکسیدی است. از اثرات مستقیم TBCمی­توان به کاهش نرخ اکسیداسیون اشاره کرد. به­علاوه در اجزایی که حرکت چرخشی دارند، به دلیل کاهش دمای قطعه، نرخ خزش نیز کاهش می­یابد. از طرفی چون در هنگام استفاده از TBC، برای خنک کردن قطعات به هوای فشرده کمتری نیاز است، بیشتر هوای فشرده شده در کمپرسور، صرف چرخاندن شافت می­شود، در نتیجه راندمان توربین افزایش می­یابد. علاوه بر اثرات مستقیمTBC ،چند اثر غیر مستقیم نیز دارد. اول اینکه باعث کاهش تغییرات دمایی موضعی می­شود، که در نتیجه واپیچش قطعات کاهش می­یابد، این امر باعث افزایش عمر خستگی قطعات می­شود. دوم اینکه این پوشش­ها به دلیل انتقال حرارتی کمی که دارند، از گرم و سرد شدن سریع زیرلایه در شروع و پایان کار توربین جلوگیری می­کند، در نتیجه باز هم عمر خستگی حرارتی قطعات را افزایش می دهد. تصویر میکروسکوپی از سطح مقطع پوشش TBC در شکل آورده شده است.

مشخصات لایه فوقانی

با توجه به شرایط کاری خشن توربین­های گازی، قطعات مورد استفاده در این شرایط تحت حملات مکانیکی، شیمیایی و حرارتی شدیدی هستند. سرامیک­های مورد استفاده در  TBCباید خصوصیات مکانیکی و فیزیکی قابل توجهی داشته باشند.بررسی ها نشان می دهد ضخامت بهینه در اعمال این پوشش در روش های مختلفی همچون APS-EBPVD متغیر بوده و در حدود ۱/۰ تا ۱ میلیمتر می باشد.شایان ذکر است روش های همچون         SPS-Cold Spray به عنوان روش های جدید در تحقیقات اخیر ارائه شده اند. با توجه به خصوصیاتی که لایه فوقانی نیاز دارد، تعداد موادی که می­توانند به عنوان لایه فوقانی استفاده شوند بسیار محدود می­شوند که عبارتند از:

الف) زیرکونیای پایدارشده با ایتریا (YSZ)

ب) مولایت

ج) زیرکونیات لانتانیم

مشخصات لایه میانی

همان­طور که قبلاً بیان شد، اولین وظیفه لایه میانی ایجاد پیوندهای مکانیکی و متالورژیکی بین زیرلایه ولایه فوقانی می­باشد، به گونه­ای که چسبندگی لازم بین زیرلایه و لایه فوقانی را تأمین نماید. وظیفه دوم این لایه، حفظ کردن زیرلایه در برابر اکسیداسیون دمای بالا و خوردگی داغ می­باشد [۷، ۹]. تحقیقات نشان می دهد ضخامت این لایه بین ۰۵/۰ تا ۵/۰ میلیمتر می باشد.جهت اعمال این پوشش می توان از روش های  APS-HVOF-LPPS-VPS-EBPVD استفاده نمود.

به طور کلی پوشش های مورد استفاده  برروی زیرلایه های متفاوت به یکی از دو حالت ذیل می باشند.

الف) پوشش­های نفوذی

ب) پوشش­های روکشی MCrAlX

مشخصات لایه اکسیدی

لایه سرامیکی YSZ به دلیل هدایت یونی بالایی که دارد، نمی­تواند از نفوذ اکسیژن به زیرلایه جلوگیری کند. به همین دلیل وظیفه حفاظت از سوپر آلیاژ بر عهده لایه میانی می­باشد. لایه میانی حاوی مقادیر زیادی آلومینیم می­باشد. آلومینیم موجود در پوشش در اثر تماس با اکسیژن، یک لایه اکسیدی از فاز Al2O3– α تشکیل می­دهد. این لایه اکسیدی برای اینکه بتواند وظیفه حفاظت خود را به خوبی انجام دهد، باید در دمای بالا از نظر ترمودینامیکی پایدار باشد،سرعت رشد کمی داشته باشد و چسبندگی خوبی به زیرلایه داشته باشد.در مقایسه با اکسیدهای دیگر مواد، Al2O3– α در دمای بالا پایداری ترمودینامیکی بیشتر و نفوذ­پذیری کمتری دارد. وجود اکسیدهای تیغه­ای Y و دیگر فلزات فعال در لایه اکسیدی TGO باعث افزایش چسبندگی TGO به لایه میانی می­شود.Y در لایهTGO به صورت اکسیدهایی مخلوط با Al ظاهر می­شود.اگر چه ضخامت لایهTGO نسبت به دیگر لایه­های TBC خیلی کمتر است،  ولی سرعت رشد و ضخامت این لایه یکی از مهمترین عوامل در تعیین عمرTBC است. افزایش سرعت رشد و ضخامت این لایه باعث ایجاد تنش­های کششی به لایه سرامیکی می­شود، که در نهایت منجر به شکست و تخریب TBC می­شود.TGO نقش مهمی در چسبندگی لایه سرامیکی به پوشش فلزی پیوندی ایفا می نماید. هنگامی که پوشش TBC تحت دمای بالا در معرض سیکل های حرارتی در محیط اکسید کننده قرار می گیرد( اکسیداسیون سیکلی )، نرخ رشد TGO به عنوان عامل کنترل کننده پوسته شدن پوشش عمل می نماید. بررسی های آزمایشگاهی و عملی توربین های گازی هوایی نشان داده است که ضخامت TGO نمونه برای پوسته شدن پوشش های TBC در محدوده mm 7-6 می باشد (عمدتاً کمتر از mm 10 ). براساس مطالعات میکروسکوپ الکترونی پوشش TBC ، مشخصات عمومی ساختاری لایه TGO تشکیل شده روی پوشش های روکشی MCrAlY بصورت شکل ۲-۵ ارائه شده است. همانگونه که مشخص است، دانه های آلومینا در فصل مشترک فلز / TGO درشت و طویل ( کشیده شده ) می باشند. این کشیده شدن دانه ها بدلیل این است که نفوذ اکسیژن در دانه های آلومینا سریعتر از نفوذ به دانه  های آلومینیوم می باشد. جدایش ایتریم در مرز دانه های اکسیدی یا بصورت دانه های درشت لعل مانند و یا بصورت رسوبات ریزتر صورت پذیرفته است. در TGO مقادیری زیرکونیم آزاد نیز مشاهده شده است و به این امر دلالت دارد که در دمای بالا ( °C 1200~ ) امکان احیای اکسید زیرکونیم توسط آلومینیوم وجود دارد و این حالت از نظر ترمودینامیکی نیز ممکن است.

روش های پوشش دهی مرسوم برای سد حرارتی:

در ابتدا به بررسی لایه نشانی پلاسمایی MCRALY/YSZ بر روی سوپر آلیاژInconel 738 و بررسی رفتار خوردگی داغ آن می پردازیم:

superalooy

ایجاد یک لایه ی میانی کامپوزیتی بین پوشش فلزی و پوشش سرامیکی باعث افزایش مقاومت به خوردگی داغ این پوشش ها می شود.

انواع TBC:

  • پوشش معمولی McrALY و YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia)
  • پوشش چند لایه Mcr ALY و YSZ با تغییر درصد وزنی (۱۰۰%YSZ و ۱۰۰%Mcr ALYو ۵۰% McrALY+ 50%YSZ)  با روش پاشش پلاسمایی بر روی زیر لایه هایی از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل ایجاد شدند. جهت بررسی مقاومت به خوردگی داغ نمونه ها، آزمون های خوردگی داغ روی سطح این پوشش در نمک مذاب (۵۵% وزنی  و ۴۵% وزنی ) در دمای ۱۰۵۰ به مدت ۲۰ ساعت انجام شد.ریز ساختار، مور فولوژی، ترکیب شیمیایی سطح و سطح مقطع پوشش ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به E بررسی شد. جهت شناسایی ساختارهای کریستالی تشکیل شده و محصولات خوردگی داغ از آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده شده است. بر اساس نتایج آزمایشات انجام شده، کاهش قابل ملاحظه محصولات مضر خوردگی داغ در نمونه های دارای TBC چند لایه نسبت به TBC معمولی به دلیل تشکیل فازهای  و  در نمونه ها نشان دهنده افزایش قابل توجه مقاومت به خوردگی داغ است.

پوشش های مقاوم به حرارت (TBC) اغلب برای عایق کردن اجزای موجود در بخش های داغ توربین های گازی درجهت افزایش دمای کاری و بازدهی این قطعات مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مهمترین مشکلات این پوشش ها، سوخت های فسیلی با کیفیت پایین می باشد. که معمولا شامل ناخالصی هایی همچون وانادیوم و سدیم هستند. در واقع نمک این عناصر ( و ) با ایتریا واکنش داده و تولید  می کند. این واکنش باعث تهی شدن ایتریای پایدار کننده از شبکه زیر کونیا می شود. در نتیجه این امر درحین سرد شدن، زیر کونیای مونو کلینیک تبدیل می شود. این تبدیل همراه با ۳٫۵% انبساط حجمی است که باعث ترک و تخریب پوشش خواهد شد. جهت بهینه کردن خواص پوشش های مقاوم به حرارت، به خصوص افزایش مقاومت به خوردگی داغ آن ها در برابر نمک هایی مانند  و  پیشنهادات زیادی مطرح است که در ادامه به چند مورد از آن ها اشاره می شود:

  • استفاده از پایدار کننده های قویتری مانند ،،.
  • رسوب یک لایه رویی فشرده آلومینا روی سطح YSZ جهت کاهش نفوذ نمک مذاب
  • بهینه کردن خود پوشش TBC با روش های مختلف مانند ایجاد پوشش های چند لایه با شیب غلظتی ملایم (Coatings FGM) روش سوم پتانسیل بالایی برای بهبود خواص نهایی TBC دارد که در تحقیقات قبلی، تاثیر استفاده از این روش برروی رفتار خوردگی داغ نمونه مشاهده نمی شود.

اثر چگونگی رشد لایه های نفوذی بر ریز ساختار پوشش های آلومیناید اصلاح شده با سیلیسیم یا تیتانیم بر قطعات داغ توربین:

با توجه به جایگاه صنعتی پوشش های آلومینایدی در کاربردهای قطعات داغ توربین گازی، شناخت چگونگی تاثیر لایه های از پیش نفوذ داده شده بر ریز ساختار نهایی و خواص پوشش اصلاح شده حائز اهمیت است.نتایج مطالعات ریز ساختاری لایه های نفوذی سیلیسیم و تیتانیوم و پوشش های آلومیناید نفوذی اصلاح شده مبتنی بر آن ها ارایه شده است. فازهای شرکت کننده در پوشش های میانی و نهایی شناسایی شده و به منظور تعیین مکانیزم رشد پوشش مورد استفاده قرار گرفته است. لایه نفوذی سیلیسیم به سمت داخل رشد کرده و ضخامت پوشش اصلاح شده را تا بیش از دو برابر نسبت به پوشش آلومیناید ساده افزایش می دهد که نیمی از این ضخامت از فاز ترد  تشکیل شده است. لایه نفوذی تیتانیوم به سمت بیرون زیرلایه رشد می کند.و با افزایش اندک ضخامت پوشش اصلاح شده، نواحی سطحی را تا حدی از عناصر آلیاژی زیرلایه رشد می کند. این موضوع تاثیر مثبتی بر خواص خوردگی دمای بالا به ویژه خوردگی داغ با مکانیزم فلاسکینگ اسیدی خواهد داشت. پوشش آلومیناید نفوذی مهم ترین فرآیند مهندسی سطح در حفاظت از قطعات داغ توربین های گازی در ایران به شمار می رود. قطعات حساس و گران قیمت بخش داغ توربین که بیشتر از سوپرآلیاژهای پایه کبالت یا پایه نیکل ساخته می شوند. پس از فرآیند آلومینیوم دهی به واسطه تشکیل لایه بین فلزی NiAl یا CoAl برسطح خود قادر به ایجاد پوسته اکسیدی محافظ  می شوند. پوشش های نسبتا قدیمی آلومینایدی در کشورهای توسعه یافته کاربردهای جدیدی یافته اند. وظایف جدیدتر پوشش آلومیناید ساده از جمله استفاده در محیط های حاوی مواد خورنده جدید (شرایط آب و هوایی و سوخت های جدید مانند سوخت زیستی در توربین گازی،کاربردهای غیر از توربین گازی نظیر زباله سوزها،راکتورهای شیمیایی و هسته ای). کاربرد در لایه فوقانی خانواده پوشش های روکشی McrAly آلومینیوم دهی پسین) و استفاده به عنوان پوشش پیوندی در خانواده پوشش های سد حرارتی(TBC)،نیازهای کاربردی فوق از چند دهه قبل موجب اعمال فرآیندهای اصلاحی بر پوشش آلومیناید ساده شد و نتیجه آن به صورت طیفی از پوشش های آلومیناید اصلاح شده از جمله پلاتین آلومیناید، کروم آلومیناید، سیلیسیم آلومیناید نمایان شد. پوشش های آلومیناید نفوذی اغلب به روش مخلوط پودری فعال سازی شده با هالید (HAPC) اعمال می شوند. این روش از لحاظ عملیاتی ساده است و به همین علت در کاربردهای صنعتی به خوبی جا افتاده است. از سوی دیگر پیچیدگی مکانیزم تشکیل پوشش در این روش و دشواری پیش بینی ریزساختارها و خواص حاصل از آن از جذابیت های پژوهشی این فرآیند به شمار می روند. در فرآیند آلومینیوم دهی به روش HAPC قطعات درون مخلوط پودری حاوی آلومینیوم یا آلیاژ آن، نمک هالیدی (مانند کلرید آمونیوم یا کلرید سدیم) و یک پر کننده نسبتا خنثی (مانند آلومینا) قرار داده می شوند. و دمای محفظه جاری آن ها تا بیش از ۷۰۰ افزایش داده می شود. عنصر اصلاح کننده ممکن است همزمان با آلومینیوم (اصلاح همزمان) یا در یک فرآیند جداگانه قبل از آلومینیوم نفوذ داده شود (اصلاح متوالی). فرآیندهای اصلاح متوالی به دلیل کنترل و تکرارپذیری بهتر،بیشتر مورد پذیرش صنعت قرار گرفته اند و تقریبا کلیه پوشش های آلومیناید اصلاح شده تجارتی با این روش اعمال می شوند. با افزودن عنصر اصلاح کننده متغییر بیشتری در تعیین ریزساختار نهایی پوشش شرکت می کنند. به علت این پیچیدگی ها،پیشرفت های به دست آمده در خواص پوشش های آلومینایدی بیشتر مرهون آزمون های متعدد مخترعین و صنعتگران بوده تا رهنمودهای نظری پژوهشگران،لذا جمع بندی های نظری آزمون ها در این دسته از پوشش ها حائز اهمیت و راهگشای پیشرفت های آتی خواهد بود. در این مقاله نتایج به دست آمده در پروژه های صنعتی و دانشگاهی نویسندگان که بیشتر بر تشکیل و تحلیل ریزساختاری پوشش های آلومیناید نفوذی اصلاح شده با سیلیسیم و تیتانیوم متمرکز بوده است جمع بندی و ارایه می شود.

بررسی رفتار اکسیداسیون دمای بالای پوشش های سد حرارتی دولایه و مرکب (FGM) حاصل از تغییر تدریجی ترکیب شیمیایی لایه های فلز/سرامیک:

به مقایسه خواص و رفتار اکسیداسیون دمای بالا دو نوع پوشش سد حرارتی می پردازیم، تا ویژگی های سطوح و قطعات به کار رفته در دمای بالا از جمله توربین های گازی بهبود یابد. این دو نوع پوشش عبارتند از یک پوشش دو لایه و یک پوشش FGM پنج لایه. لایه میانی          Ni CrALY به روش جدید H VoF برروی فلز زمینه و لایه نهایی YSZ به روش پلاسما اسپری اعمال گردید. در پوشش FGM لایه های مختلط YSZ+NiCrALy با تغییر نسبت تغذیه پودرهای YSZ/NiCrALY از دو افشانه جداگانه یا فرآیند APS اسپری شد. سپس نمونه های پوشش داده شده تحت آزمایش اکسیداسیون ایزوترمال در دمای ۹۵۰قرار داده شدند. آنگاه به منظور بررسی رفتار اکسیداسیون این پوشش، نمودار تغییرات وزن بر حسب زمان رسم گردید. همچنین تغییرات ریزساختاری و ترکیب شیمیایی پوشش ها و اکسیدهای تشکیل شده در حین آزمایش، نمونه های مورد نظر قبل و بعد از اکسیداسیون با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی مجهز به EDS و نیز نتایج آنالیز XRD مورد مطالعه قرار گرفتند. در نهایت مشاهده گردید انهدام پوشش  دولایه بعد از ۱۷۰۰ ساعت و انهدام پوشش مرکب بعد از ۲۱۰۰ ساعت رخ داد که این موضوع مبین آن است که علاوه بر اینکه پوشش FGMعملکرد بهتری نسبت به پوشش دولایه داشته، پوشش دو لایه نیز به تنهایی از کیفیت بالایی برخوردار بوده است. با این وجود، از آن جایی که این مواد اغلب در کاربردهای دمای بالا تحت محیط های خورنده قرار دارند، مقاومت  به اکسیداسیون و خوردگی موارد بحرانی هستند که عمر کاری و سالم بودن آن ها را محدود می کنند. بنابراین تشکیل یک پوسته اکسیدی محافظ پایدار(اکسیدی که در اثر حرارت رشد می کند-TGO) روی سطح لازم است تا قطعات زیرین خود را حفاظت کند. از آن جایی که  با توجه به پایداری زیاد ترمودینامیکی و سرعت آهسته رشدش بهترین خواص حفاطتی را از خودش نشان می دهد، بنابراین مطلوب است که به طور ترجیحی به عنوان TGOرشد نماید. متاسفانه این لایه نمی تواند قطعات را در دماهای بالا به خوبی عایق کند. بنابراین سیستم های پوشش سد حرارتی (سیستم های  TBC) برای کاربرد در دماهای نزدیک به نقطه ذوب قطعات فلزی مطرح شدند. پوشش های سد حرارتی (TBCها)شامل زیرکونیای پایدار شده با اکسید ایتریم و پوشش میانی McrALY (M=Co,Ni و ترکیبی از این دو عنصر) به منظور حفاظت حرارتی قطعات بحرانی که در معرض محیط خورنده در دماهای بالا مانند توربین های گازی زمینی، موتورهای دیزلی و موتورهای هواپیما قرار دارند، گسترش یافته اند. حتی گزارش شده است که موتورهای جدید توربین گازی می توانند در دماهای گاز که بالاتر از دمای ذوب سوپرآلیاژ می باشد کار کنند و در نتیجه راندمان و عملکرد موتور بهبود می یابد. از طرف دیگر با به تاخیر انداختن پدیده اکسیداسیون فلز زمینه سبب دوام قطعات موتور می شود. با وجود آن که تعداد و اهمیت کاربردهای پوشش های TBC به طور گسترده ای در دهه گذشته افزایش یافته است، اما هنوز انهدام زود هنگام ناشی از پوسته شدن سیستم های دو لایه TBC حین کارکرد،که می تواند فلز بدون پوشش را بطور خطرناکی در معرض گازهای داغ قرار دهد، از اهمیت خاصی برخوردار است. عدم تطابق انبساط حرارتی دو لایه فلزی و سرامیکی در فصل مشترک آن ها و رشد لایه اکسیدی تولید شده (TGO) در اثر اکسیداسیون پوشش میانی پوشش میانی منجر به ایجاد ترک، لایه لایه شدن و پوسته شدن طی سیکل های حرارتی می گردد و درنتیجه مطالعات در مورد سیستم های TBC بر روی بهبود چقرمگی شکست و استحکام چسبندگی آن ها متمرکز شده است. تا عمر کاری و قابلیت اطمینان پذیری پوشش های سد حرارتی در دماهای بالا افزایش یابد. یک روش برای حل این مشکل، استفاده از مواد مرکب لایه ای FGM می باشد. این نوع پوشش از پاشش لایه های مخلوط یا تغییر تدریجی ترکیب فلز و سرامیک حاصل میشود. بدین ترتیب که ترکیب پوشش در جهت ضخامت از صد درصد فلز که مستقیما بر روی فلز زمینه اعمال می شود. تا صد درصد سرامیک برای پوشش نهایی تغییر می کند.برای تهیه این نوع پوشش، فرآیند پاشش پلاسمایی دلیل سهولت تامین پودرهای متفاوت به طور همزمان و قابلیت اجرا برای فلزات مختلف زمینه، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.در این تحقیق رفتار کسیداسیون دو نوع پوشش دو لایه و مختلط TBC مورد استفاده قرار گرفته است.

منابع :

۱- Kang N Lee_(Protective Coating For Gas Turbines)_Rolls-Roys Carpation.

۲-Nicholls, J.R., K.J. Lawson, A. Johnstone, and D.S. Rickerby, Methods to reduce the thermal conductivity of EB-PVD TBC’s. Surface and Coatings Technology, 2002. 151-152: p. 383-391.

۳- محمدرضا رحیمی پور و محمدرضا صادق مهدی پور، (لایه نشانی پلاسمایی McrAly/YSZ برروی سوپرآلیاژ Inconel 738 و بررسی رفتار خوردگی داغ آن)،(علوم و مهندسی سطح)،۱۴، ۱۳۹۱، ۷۵-۶۷٫

۴- مرتضی طاهری-علی سالمی گلعذانی- کوروش شیروانی، (تاثیر پوشش آلومینایدی بر رفتار خزشی سوپرآلیاژ پایه نیکلی  –GTD)،(مجله مواد نوین)،۳-۲، ۱۳۹۳، ۶۲-۶۱٫

۵- حسین جمالی- رضامظفری نیا، رضا شجاع رضوی و راحله احمدی پیدانی،(ارزیابی ظرفیت عایق سازی حرارتی پوشش های سد حرارتی پایه زیر کنیایی پاشش پلاسمایی شده)،(علوم و مهندسی سطح) ۱۴، ۱۳۹۱، ۸۷-۷۷٫

۶- فرهاد شهریاری نوگورانی و فخرالدین اشرفی زاده،(اثر چگونگی رشد لایه های نفوذی بر ریزساختار پوشش های آلومیناید اصلاح شده با سیلیسیم یا تیتانیوم بر قطعات داغ توربین)،(علوم و مهندسی سطح) ۱۵، ۱۳۹۱، ۹- ۱۶٫

۷- راحله احمدی پیدانی، رضا شجاع رضوی، رضا مظفری نیا و حسین جمالی،(اعمال و مشخصه یابی پوشش های سد حرارتی زیر کنیای پایدار شده با تریا و ایتریا روی سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸)،(علوم و مهندسی سطح) ۱۶، ۱۳۹۱، ۴۴- ۳۳٫

 

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *