پديد آورنده :
عرب ماركده، مسعود
عنوان :
بهينه سازي پارامترهاي فرايند پاشش پلاسمايي اتمسفري براي ايجاد ترك هاي عمودي در پوشش هاي سد حرارتي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 79ص. : مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي صالحي، عبدالمجيد اسلامي
توصيفگر ها :
استحكام چسبندگي , پوشش سد حرارتي , پاشش پلاسماي اتمسفري , ترك عمودي , ريزساختار , زيركونياي پايدار شده با ايتريا
استاد داور :
حسين ادريس، علي شفيعي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/01/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/01/27
چكيده فارسي :
پوشش‌هاي سد حرارتي زيركونياي پايدارشده با ايتريا به‌منظور افزايش بازدهي و طول‌عمر اجزاي داغ توربين‌هاي گازي و هوايي استفاده مي‌شوند. اين پوشش‌ها در دماي بالا با مشكلات فراواني نظير اكسيداسيون، خوردگي داغ و تنش‌هاي ترمومكانيكي ايجادشده ناشي از عدم‌تطابق ضريب انبساط حرارتي و گراديان دمايي روبه‌رو هستند كه درنهايت اين عوامل مي‌توانند منجر به تخريب پوشش شوند. مقاومت به شوك حرارتي چنين پوشش‌هايي معمولاً به‌دليل ساختار لايه‌اي ايجادشده در فرايند پاشش پلاسمايي اتمسفري محدود مي‌باشد. نتايج تحقيقات نشان مي‌دهد كه با ايجاد ترك‌هاي عمودي درراستاي ضخامت پوشش، تحمل كرنشي پوشش‌ها افزايش يافته و دربرابر شوك‌هاي حرارتي، مقاومت بهتري از خود نشان مي‌دهند. اين ترك‌هاي عمودي را مي‌توان با استفاده از عمليات‌هاي اصلاح‌سازي مثل ذوب ليزري و يا به‌طور مستقيم درطي فرايند رسوب‌نشاني، با ورود حرارت بسيارزياد به زيرلايه ايجاد كرد. در پژوهش حاضر با استفاده از بهينه‌سازي پارامترهاي فرايند پاشش پلاسمايي اتمسفري شامل فاصله پاشش، جريان الكتريكي و ولتاژ كه بر ميزان حرارت ورودي به زيرلايه و دماي ذرات موثر هستند، ترك‌هاي عمودي ايجاد شدند. به همين منظور فاصله پاششي 80 ميلي‌متر، ولتاژ 45 ولت و جريان الكتريكي 760 و 800 آمپر به عنوان مقادير بهينه‌ي موثر ير ايجاد ترك‌هاي عمودي در لايه فوقاني پوشش در نظر گرفته شدند. نتايج نشان داد كه با افزايش توان پلاسما كه ناشي از افزايش جريان الكتريكي و ولتاژ بود، ميزان آنتالپي پلاسما نيز افزايش يافته و ذرات تغذيه پوشش به طور كامل ذوب شده كه منجر به اتصال محكم اسپلت‌ها به يكديگر شد. با افزايش سطح تماس اسپلت‌ها، تنش‌هاي پسماند ايجاد شده در پوشش به صورت جوانه‌زني ريزترك‌هايي درون اسپلت‌ها آزاد مي‌شوند. اين ريزترك‌ها درنهايت اشاعه پيدا كرده و ترك‌هاي عمودي را در پوشش سراميكي ايجاد مي‌كنند.همچنين آزمون استحكام چسبندگي به منظور مقايسه استحكام چسبندگي پوشش‌هاي داراي ترك عمودي و پوشش‌هاي فاقد ترك عمودي انجام شد. نتايج نشان داد كه پوشش‌هاي داراي ترك‌هاي عمودي به دليل پيوند مستحكم ذرات به يكديگر كه ناشي از ايجاد پلاسمايي با آنتالپي بالا در حين فرايند پوشش‌دهي بود و آنتاپي بالاي پلاسما خود عامل ايجاد ترك‌هاي عمودي در لايه فوقاني پوشش است، استحكام چسبندگي بالاتري را نسبت به پوشش‌هاي فاقد ترك عمودي دارا بود.
چكيده انگليسي :
Yttria stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings (TBCs) are used to increase the efficiency and service life of hot components of gas and air turbines. At high temperatures, this coatings face many problems such as oxidation, hot corrosion and thermomechanical stresses caused by the mismatch of thermal expansion coefficient and temperature gradient, which can eventually lead to coating degradation. Thermal shock resistance of such coatings is usually limited due to the layer structure created in the atmospheric plasma spraying process. The results show that by creating vertical cracks in the thickness of the coating, the strain tolerance of the coatings increases and they show better resistance to thermal shocks. This vertical cracks can be created by modification operations such as laser remelting or directly during the deposition process, by the introduction of very high heat into the substrate. In the present study, vertical cracks were created by optimizing the parameters of the atmospheric plasma spraying process, including spraying distance, electrical current and voltage, which affect the heat input to the substrate and particle temperature. For this purpose, spraying distance of 24 mm, voltage of 45 volt and electrical current of 760 and 800 amper were considered as the optimal values for creating vertical cracks in the top coat layer of the coating. The results showed that with the increase of plasma power due to the increase of electrical current and voltage, the plasma enthalpy also increased and the feed particles of the coating completely melted, which led to a strong connection of the splats to each other. As the contact surface of the splats increases, the residual stresses created in the coating are relased by the generation of microcracks inside the splats. This microcracks eventually spread, creating vertical cracks in the top coating. Adhesion strength test was also performed to compare the bonding strength of coatings with vertical cracks and coatings without vertical cracks. The results showed that coatings with vertical cracks due to strong bonding of particles to each other due to the formation of high enthalpy plasma during the coating process and high plasma enthalpy itself causes vertical cracks in the top layer of the coating, have higher adhesion strength than coatings without vertical cracks.
استاد راهنما :
مهدي صالحي، عبدالمجيد اسلامي
استاد داور :
حسين ادريس، علي شفيعي
