توسعه پوششهای با شیب عملکردی mcraly و سد حرارتی (tbc) بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل، مورد استفاده در پرههای توربین گازی

مواد مورد استفاده در پره های توربین گازی باید قابلیت کارکرد در محیط گازهای داغ ناشی از احتراق سوخت (بالاتر از oc 1000) و اکسیژن را دارا باشند. مقاومت پایین سوپر آلیاژها در برابر اکسیداسیون و خوردگی داغ، زمینه ساز ورود مهندسی سطح به منظور افزایش مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی داغ اجزای توربین گازی گردید. اصلاح سطح اجزا توسط اعمال پوششهای نفوذی، روکشی و سد حرارتی عمده ترین روشهای افزایش مقاومت اجزاء مورد استفاده در دمای بالا محسوب می شود. موارد مورد بررسی در این تحقیق را می توان در سه مرحله به صورت زیر بیان نمود. در مرحله اول پوششهای معمولی و با شیب عملکردی conicralysi با استفاده از تکنیکهای lvps و hvof و فرایند نفوذی آلومینایزینگ (سمانتاسیون پودری)، بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل in738lc، ایجاد گردید. در مرحله دوم پوشش با شیب عملکردی سد حرارتی ysz-al2o3 توسط تکنیک aps روی پوششهای شیب عملکردی conicralysi اعمال گردید. در مرحله پایانی، رفتار اکسیداسیون سیکلی، خوردگی داغ و شوک حرارتی پوششها در دمای بالا مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. رفتار خوردگی داغ پوششها در حضور نمک na2so4-20wt.% navo3 و دمای °c 880 بر روی نمونه ها صورت گرفت. سرعت خوردگی داغ پوششها به وسیله اندازهگیری تغییر وزن نمونهها بعد از هر سیکل (20 ساعت) مشخص گردید. رفتار اکسیداسیون سیکلی با اعمال 300 سیکل و با حرارت دادن نمونهها به مدت یک ساعت در دمای °c1100 و سرد کردن به وسیله جریان هوا تا دمای محیط مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. آزمون شوک حرارتی روی پوششها نیز با سرد کردن سریع نمونهها از دمای °c1100 در آب و اندازه گیری وزن آنها در هر سیکل انجام گرفت. تعیین نرخ اکسیداسیون، آنالیز فازهای سطحی تشکیل شده، توزیع عناصر در پوشش، ریز ساختار، مورفولوژی لایه اکسیدی و تغییرات فازی با استفاده از تکنیکهای اندازه گیری وزن، xrd، sem، eds و epma در مراحل مختلف آزمایش روی نمونه ها انجام گرفت. بالا بودن درصد فاز ?-nial به عنوان منبع تأمین کننده آلومینیوم منجر به بهبود روند تشکیل لایه اکسیدی در پوششهای با شیب عملکردی گردید. نفوذ به داخل آلومینیوم و نفوذ به بیرون نیکل و کبالت در حین عملیات سمانتاسیون پودری منجر افزایش درصد آلومینیوم در پوششهای با شیب عملکردی و تغییر فاز ?????? در لایه خارجی پوشش mcraly میگردد. کم بودن حلالیت کروم در فاز ? باعث شکل گیری لایه غنی از کروم در لایه میانی پوششهای شیب عملکردی گردید. لایه غنی از آلومینیوم در پوششهای فلزی منجر به شکلگیری لایه اکسیدی ?-al2o3 در کلیه مراحل اکسیداسیون و بهبود رفتار پوششها در دمای بالا گردید. وجود آلومینا در پوششهای با شیب عملکردی سد حرارتی منجر به کاهش نفوذ پذیری اکسیژن و کاهش فشار جزئی آن در فصل مشترک پوشش فلزی/پوشش سرامیکی شده که این موضوع باعث کاهش سرعت رشد لایه اکسیدی و تأخیر در شکلگیری اکسیدهای غیر محافظ و تأخیر در پدیده تخریب میگردد.