بررسی تجربی آثار خستگی حرارتی و بارگذاری خمشی ثابت بر واماندگی یک نمونه پوشش‌ سد حرارتی

در این پژوهش واماندگی پوشش‌های سد حرارتی تحت تاثیر بارگذاری حرارتی سیکلی و بار مکانیکی ثابت به‌صورت تجربی بررسی شده است. آزمایش‌های تجربی روی نمونه‌هایی انجام‌شده است که از جنس آلیاژ اینکونل 617 بوده و با پوشش‌های سد حرارتی دولایه شامل پوشش پیوندی ni22cr10al1y و پوشش فوقانی zro2.8wt%y2o3و به‌روش پاشش پلاسما در محیط هوا پوشش‌دهی شده‌اند. نمونه‌ها توسط یک دستگاه خستگی حرارتی که به‌طور خاص برای انجام آزمایش‌های این تحقیق طراحی و ساخته شده است، آزمایش شده‌اند. نمونه‌ها در شرایط بیشینه دمایی 1100 و 1170 درجه سانتی‌گراد و تحت بار خمشی که از طریق دستگاه به نمونه‌ها داده می‌شوند، آزمایش شده‌اند. نتایج با آزمایش‌هایی که بدون اعمال بار خمشی انجام شده است مقایسه شده است. در هر سیکل، زمان حرارت‌دهی نمونه‌ها تقریباً 10 دقیقه و زمان سردکردن آنها تقریباً 5 دقیقه بوده است. نتایج به‌دست‌آمده در این پژوهش، نشان داد که با بارگذاری‌های متفاوت، سازوکارهای تخریب پوشش‌های سد حرارتی تغییر می‌کند و طول عمر پوشش با افزایش درجه حرارت بیشینه سیکل به‌صورت نمایی کاهش پیدا می‌کند. همچنین افزایش بارگذاری مکانیکی بر کاهش طول عمر خستگی حرارتی پوشش‌های سد حرارتی نیز تاثیر قابل توجهی دارد.

An experimental investigation in effects of thermal fatigue and constant bending loading on failure of a sample of thermal barrier coatings

In this study, the effects of thermal cyclic loading in the presence of a constant mechanical load were evaluated experimentally on failure of thermal barrier coatings. For this purpose, specimens of Inconel 617 with approximate dimensions of 100×10×6.2 mm that coated by twolayered thermal barrier coatings include a Ni22Cr10Al1Y bond coat and ZrO2.8wt%Y2O3 using air plasma spraying (APS), were considered. These specimens were tested under low cycle thermal fatigue experiment with maximum temperatures of 1000oC, 1100oC and 1170oC for thermal cycles and constant bending loads of 4500 Nmm, 6000 Nmm, 7500 Nmm and with no load by using a made test rig with the ability of four point bending load. In a thermal cycle, a specimen heating time was 10 minutes and cooling time was 5 minutes approximately. The results obtained in this study, showed that different loads change thermal barrier coatings failure mechanisms and service life cycles of coating reduce exponentially by rising maximum temperature of thermal cycle. Also increases in mechanical load have significant effect on the reduction of thermal barrier coatings life during thermal fatigue loading.