شماره راهنما :
1683 دكتري
پديد آورنده :
تابش فر، محدثه
عنوان :
توسعه پوشش هاي مانع حرارتيGd2Zr2O7 اعمالي به روش پاشش پلاسمايي
و بررسي مكانيزم عملكرد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 113،10ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي صالحي
توصيفگر ها :
پوشش مانع حرارتي , زيركونات گادولونيوم , پايداري فازي , زيركونياي پايدار شده با ايتربيا , چقرمگي شكست , خوردگي داغ , اكسيداسيون
استاد داور :
حميدرضا سليمي جزي، بهنام لطفي، مسعود عطاپور
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/11/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/11/25
چكيده فارسي :
1 چكيده در اين پژوهش تركيبات سراميكي جديد 7 Gd2Zr2O و GZO 1 x YbSZ x سنتز و بهعنوان اليه فوقاني پوششهاي مانع حرارتي TBC اعمال شدند اين تركيبات داراي خواص بهتري ازجمله هدايت حرارتي پايداري فازي مقاومت به زينترينگ و مقاومت شيميايي خوب در برابر نمكهاي مذاب در مقايسه با پوششهاي متداول زيركونياي پايدار شده با ايتريا YSZ هستند زيركونات گادولونيوم 7 Gd2Zr2O با وجود داشتن معايبي نظير چقرمگي شكست پايين و ناسازگاري با اليه رشديافتهحرارتي يكي از موادي است كه قابليت استفاده در اليه فوقاني پوششهاي مانع حرارتي در دماهاي باال را دارد در ميان تركيبات زيركونياي پايدار شده با عناصر نادر خاكي RESZ زيركونياي پايدار شده با ايتربيا YbSZ بهترين پايداري فازي و چقرمگي شكست عالي را نشان داده است لذا به عنوان عامل چقرمه كننده براي 7 Gd2Zr2O قابل استفاده است در اين پژوهش ابتدا تركيبات اوليه YbSZ حاوي 5 درصد مولي ايتربيا و 7 Gd2Zr2O بهترتيب به روشهاي همرسوبي و آلياژسازي ساخته شدند و سپس تركيبات مختلف GZO 1 x YbSZ x به مدت 01 ساعت در دماي 1600 C در كوره با اتمسفر هوا قرار داده شدهاند بررسيهاي فازي و ساختاري تمام تركيبات توسط پراشسنجي پرتو ايكس و آناليز رامان انجام شد سپس خواص مختلف شامل سختي چقرمگي شكست مدول االستيك ضريب انبساط حرارتي و نفوذ حرارتي تركيبات مختلف اندازهگيري و مقايسه شدند در مرحله بعد پودرهاي GZO و 5 0 GZO 0 5 YbSZ به كمك دستگاه خشككن پاششي گرانوله شد سه نوع پوشش پودرهاي GZO و 5 0 GZO 0 5 YbSZ و دواليه 5 0 YSZ GZO 0 5 YbSZ به روش پاشش پالسمايي اعمال و با پوشش تجاري YSZ مقايسه شدند پس از بررسي فازي و ريزساختاري اين پوششها آزمونهاي مقاومت به خوردگي و مقاومت به اكسيداسيون انجام شد و رفتار آنها با يكديگر مقايسه شدند چهار استحاله فازي شامل پيروكلر پيروكلر نامنظم پيروكلر فلوئوريت فلوئوريت فلوئوريت تتراگونال فلوئوريت تتراگونال تتراگونال به ترتيب در تركيبات سراميكي حاوي 52 05 57 و 09 درصد وزني YbSZ رخ داد كه بر كليه خواص مكانيكي از جمله سختي چقرمگي شكست و مدول االستيك و خواص حرارتي شامل هدايت حرارتي و ضريب انبساط حرارتي تاثيرگذار نشان داد تركيب سراميكي 5 0 GZO 0 5 YbSZ بيشترين مقدار چقرمگي شكست 1 8 MPa m را در ميان تركيبات با ساختار مكعبي دارا بود ضريب انبساط حرارتي كليه تركيبات سنتز شده در محدوده1 9 11 5 10 6 k قابل مقايسه با ضريب انبساط حرارتي تركيب متداول مورد استفاده YSZ در پوششهاي مانع حرارتي است ضريب نفوذ حرارتي تركيبات GZO 1 x YbSZ x روند كاهشي با افزايش مقدار YbSZ نشان داد و به كمترين مقدار 0 4 mm2 s در تركيب حاوي 09 درصد وزني رسيد پوششهاي GZO و 5 0 GZO 0 5 YbSZ بهترتيب مقادير چقرمگي شكست 0 6 0 1 MPa m و 6 0 3 2 را نشان دادند نتايج آزمون خوردگي داغ پوششهاي اعمال شده نشان داد كه فاز 4 GdVO به عنوان محصول اصلي خوردگي در تمامي پوششها بوده است و تنها پوشش GZO به علت چقرمگي شكست ضعيف پس از گذشت زمان 42 ساعت از آزمون دچار ترك هاي شديد و نهايتا به شكست پوشش منجر شد نتايج آزمون اكسيداسيون پس از گذشت زمان 001 ساعت در دماي 900 C نشان داد كه هرچند افزايش ضخامت اليه TGO تا پايان آزمون اكسيداسيون در پوشش GZO كمتر از ساير پوششها بوده است ولي چقرمگي شكست ضعيف آن و عدم تطابق ضريب انبساط حرارتي بيشتر آن با اليه مياني منجر به شكست پوشش شد در نهايت پوشش 5 0 GZO 0 5 YbSZ را ميتوان بهعنوان دستاورد اين پژوهش جهت اعمال در اليه فوقاني پوششهاي مانع حرارتي معرفي كرد كلمات كليدي پوشش مانع حرارتي زيركونات گادولونيوم پايداري فازي زيركونياي پايدار شده با ايتربيا چقرمگي شكست خوردگي داغ و اكسيداسيون
چكيده انگليسي :
115Development and functional mechanism investigation of plasma sprayed Gd2Zr2O7 thermal barrier coatings Mohadese Tabeshfar m tabeshfar@ma iut ac ir Date of submission 2021 01 19 Department of Material Engineering Isfahan University of Technology 84156 8311 Isfahan Iran Supervisor Prof Mehdi Salehi drmsalehi@hotmail com Advisor Dr Ghasem Dini g dini@sci ui ac ir Advisor Prof Kjell Wiik kjell wiik@ntnu no Advisor Prof Mari Ann Einarsrud mari ann einarsrud@ntnu noDepartment Graduate Program Coordinator Dr Mahshid Kharaziha Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Department of Nanotechnology Faculty of Chemistry University of Isfahan Isfahan 81746 73441 Iran Department of Materials Science and Engineering NTNU Norwegian University of Science andTechnology Trondheim NorwayAbstractIn this work new ceramic Gd2Zr2O7 and GZO 1 x YbSZ x compounds were synthesized and were producedas the topcoat in thermal barrier coatings TBC They include better properties such as thermal conductivity resistance to sintering and good chemical resistance to molten salt in comparison to common Yttria stabilizedzirconia YSZ Despite having poor fracture toughness low thermal expansion coefficient and chemicalincompatibility with thermally growth oxide layer Gd 2Zr2O7 is one of the promising coatings as the thermalbarrier coating Ytterbia stabilized zirconia YbSZ showed the highest phase stability and fracture toughnessamong Rare earth stabilized zirconia RESZ So it is usable as a toughening agent for Gd 2Zr2O7 In thisstudy firstly 5 mol YbSZ and Gd 2Zr2O7 were produced by co precipitation and solid state respectively then GZO 1 x YbSZ x compounds sintered at 1600 C for 10 h to obtain bulk materials Phase andmicrostructural investigations were done by X ray diffraction pattern XRD and Raman spectroscopy Thenmicrohardness fracture toughness elastic modulus thermal expansion coefficient and thermal diffusivity ofdifferent compounds were measured and compared In the next step GZO and GZO 0 5 YbSZ 0 5 weregranulated by a spray dryer GZO and GZO 0 5 YbSZ 0 5 single layer coatings and GZO 0 5 YbSZ 0 5 YSZdouble layer coating were applied by air plasma spray and they compared with commercial YSZ coating After phase and microstructural investigations by XRD and Raman spectroscopy the hot corrosion andoxidation resistance of the coatings were done and compared with each other Four phase transformationspyrochlore disordered pyrochlore pyrochlore fluorite fluorite fluorite tetragonal and fluorite tetragonal tetragonal occurred in 25 50 75 and 75 wt YbSZ compounds which affect all mechanical and thermalproperties GZO 0 5 YbSZ 0 5 indicated 1 8 MPa m fracture toughness among compounds with cubicstructures Their thermal expansion coefficients were around 9 11 5 10 6 K 1which is comparable with YSZthermal barrier coatings and it reached to 0 4 mm2 s in the compound which included 90 wt YbSZ Thevalue of thermal diffusivity of GZO 1 x YbSZ x showed decreasing trend by increasing YbSZ value TheGZO and GZO 0 5 YbSZ 0 5 coatings indicated 0 6 0 1 and 2 3 0 6 MPa m respectively The result of thehot corrosion test indicated that GdVO4 was the main corrosion product in all coatings Spallation and failureoccurred in the GZO coating after 24 h of hot corrosion test due to its low fracture toughness The result ofoxidation test after 100 h at 900 C GZO coating with lowest oxidation kinetics and thickness of TGO layer spalled after 100 h of oxidation because of low fracture toughness and incompatibility of thermal expansioncoefficient of GZO layer and bond coat Therefore the GZO 0 5 YbSZ 0 5 is introduced as the mostpromising coating as a topcoat in TBCs
استاد راهنما :
مهدي صالحي
استاد داور :
حميدرضا سليمي جزي، بهنام لطفي، مسعود عطاپور
