بررسی اکسیداسیون پوشش‌های هیبریدی مولایت و ysz بر روی سوپرآلیاژ پایه نیکل به روش aps

قطعات توربین گازی در شرایط کاری سخت یعنی در دمای بالا و اتمسفر اکسیدکننده و خورنده شدید کار می‌کنند. به همین دلیل باید مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی خوبی داشته باشند. بنابراین، از پوشش‌های سد حرارتی (tbc) بطور گسترده‌ای روی قطعات داغ توربین‌های گازی به منظور کاهش دمای کاری قطعات و کاهش شدت اکسیداسیون و خوردگی آنها استفاده می‌شود. در این تحقیق، اکسیداسیون پوشش‌های ایجادشده هیبریدی مولایت و زیرکونیای پایدارشده با ایتریا (ysz) روی سوپرآلیاژ in-738lc بررسی شد. نتایج بررسی اکسیداسیون در دمای ℃ 1000 به مدت 50 و 100 ساعت بر روی نمونه‌ها نشان ‌داد که حضور فاز مولایت می‌تواند برای پوشش‌های هیبریدی مفید باشد. بطوریکه ضخامت لایه tgo در پوشش 50 % مولایت نسبت به پوشش 25 % مولایت کاهش یافته‌است. اما افزایش بیشتر مولایت تا 100 % اثر محسوسی برای کاهش اکسید‌های اسپینل نداشت. همچنین، حضور مولایت در کنار ysz منجر به افزایش سختی پوشش‌ها نسبت به پوشش تک‌لایه مولایت و ysz گردید. افزایش درصد مولایت منجر به کاهش استحکام خمشی پوشش‌ها نیز شد که می‌تواند آثار مخربی داشته‌باشد. حضور فاز مولایت در کنار ysz در پوشش، پایداری پوشش را افزایش داد، به‌طوری‌که در بررسی الگوی پراش اشعه ایکس فاز منوکلینیک در پوشش‌های هیبریدی تشکیل نشد. اما در پوشش‌های تک‌جزیی ysz حضور فاز منوکلینیک مشاهده شد که می‌توان گفت حضور این فاز همراه با اکسیداسیون، عامل تخریب پوشش‌ها بودند. مشخص شد که بطور کلی وجود مولایت می‌تواند برای پوشش هیبریدی نتایج خوبی را به همراه داشته‌باشد اما درصد بهینه اجزاء برای این نوع پوشش‌ها، پوششی حاوی 50% مولایت بود که از تمامی پوشش‌ها خواص بهتری داشت.

oxidation of mullite and ysz hybrid coatings on nickel base superalloy by aps method

in harsh operational conditions, such as high temperatures and corrosive atmospheres, gas turbine components endure severe working conditions. therefore, it is imperative for these components to exhibit a high resistance to oxidation and corrosion. consequently, thermal barrier coatings (tbcs) are extensively applied to hot-section components of gas turbines to mitigate operating temperatures and reduce the severity of oxidation and corrosion. in this study, the oxidation of hybrid coatings composed of mullite and yttria-stabilized zirconia (ysz) on the superalloy in-738lc was examined. the results of the oxidation tests at 1000°c for 50 and 100 hours demonstrated the potential benefits of mullite phases in hybrid coatings. specifically, the presence of mullite led to a reduction in the thickness of the thermally grown oxide (tgo) layer in the 50% mullite coating compared to the 25% mullite coating. however, further increasing the mullite content to 100% did not have a significant impact on reducing spinel oxides. additionally, the presence of mullite alongside ysz resulted in enhanced coating hardness compared to single-layer mullite or ysz coatings. however, increasing the mullite content also led to a reduction in the coating s flexural strength, potentially causing detrimental effects.the presence of mullite in conjunction with ysz in the coating improved its stability, to the extent that monoclinic phase formation was absent, as evidenced by x-ray diffraction analysis. in contrast, monoclinic phase presence in single-layer ysz coatings suggested its role as a factor in coating degradation, particularly under oxidative conditions. generally, mullite content was found to be advantageous for hybrid coatings, with the optimal composition being 50% mullite, exhibiting superior properties compared to all other tested coatings.furthermore, increasing the thickness of the ceramic layer in hybrid coatings to 350 µm reduced the tgo layer thickness and the level of spinel oxides, thereby improving the coating s properties. gradient coatings were also investigated, where the tgo layer thickness in mullite and ysz gradient coatings significantly decreased compared to hybrid coatings. the predominant oxidation occurred in the alumina scale, and spinel oxides were minimized. moreover, the reduced thermal expansion coefficient difference between mullite and ysz in gradient coatings mitigated crack formation and delamination, which was observed less frequently compared to conventional hybrid coatings.