نوع مقاله : مقاله مروری
نویسندگان
1 پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان، ایران
2 گروه پژوهشی مولدهای انرژی، پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران، اصفهان، ایران
3 پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران
4 پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
پوشش‌های سد حرارتی (TBCها)، سیستم‌های سرامیکی پیشرفته‌ای هستند که معمولاً بر روی سطح قطعات داغ اعمال می‌شوند تا امکان افزایش عملکرد تجهیزات در دمای بالاتر را فراهم سازند. در طی هر سیکل حرارتی، به دلیل عدم تطابق در ضرایب انبساط حرارتی لایه‌های سیستم TBC، این لایه‌ها به صورت غیرمتعادل منبسط و منقبض می-شوند. تنش‌های حرارتی حاصل باعث هسته‌گذاری و رشد میکروترک‌ها در سیستم TBC می‌شود. پس از چند صد سیکل حرارتی، میکروترک‌ها به هم می‌پیوندند و ترک نسبتاً بزرگی را تشکیل می‌دهند که موجب ورقه ورقه شدن و جدایش پوشش، قرارگیری قطعات در برابر دمای بالا و در نهایت، منجر به شکست فاجعه‌آمیز کل تجهیز می‌شوند. ایجاد قابلیت خودترمیمی، توانایی ترمیم خودبه‌خودی ترک را فراهم می‌سازد. در این مقاله به معرفی و بررسی انواع فناوری‌های دستیابی به خودترمیمی در پوشش‌های سد حرارتی YSZ و ساختار و خواص پوشش‌های حاصله پرداخته شده است. پس از استخراج فناوری‌های مذکور و مقایسه آن‌ها با یکدیگر می‌توان با توجه به نیاز هر یک از صنایع به دستیابی به پوشش‌هایی با خاصیت خودترمیمی، گزینه مناسب توسعه فناوری پوشش‌های سد حرارتی خودترمیم را انتخاب کرد و سپس ترکیب مناسب پوشش خودترمیم، ضخامت مناسب لایه‌ی پوشش خودترمیم، چیدمان مناسب لایه پوشش خودترمیم و پارامترهای فرایند پوشش‌دهی را تعیین نمود
کلیدواژه‌ها
موضوعات
- Hammood, G. Barber, B. Wang, “A review of some of experimental and numerical studies of self‐crack‐healing in ceramics,” International Journal of Ceramic Engineering & Science, vol.2, pp. 274–291, 2020.
- R. Brinley, “Combustion turbine component having bond coating and associated methods,” U.S. Patent 8,192,850, 2012.
- Derelioglu, A.L. Carabat, G.M. Song, S. van der Zwaag, W.G. Sloof, “On the use of B-alloyed MoSi 2 particles as crack healing agents in yttria stabilized zirconia thermal barrier coatings,” Journal of the European Ceramic Society, vol.35, pp. 4507–4511, 2015.
- Belmonte, “Advanced Ceramic Materials for High Temperature Applications,” Advanced engineering materials, vol.8, pp. 693–703, 2006.
- L. Carabat, M.J. Meijerink, J.C. Brouwer, E.M. Kelder, J.R. van Ommen, S. van der Zwaag, W.G. Sloof, “Protecting the MoSi2 healing particles for thermal barrier coatings using a sol-gel produced Al2O3 coating,” Journal of the European Ceramic Society, vol.38, pp. 2728–2734, 2018.
- Chen, X. Zhang, S. van der Zwaag, W.G. Sloof, P. Xiao, “Damage evolution in a self-healing air plasma sprayed thermal barrier coating containing self-shielding MoSi2 particles,” Journal of the American Ceramic Society, vol.102, pp. 4899–4910, 2019.
- Nozahic, D. Monceau, C. Estournès, “Thermal cycling and reactivity of a MoSi2/ZrO2 composite designed for self-healing thermal barrier coatings,” Materials & Design. vol.94, pp. 444–448, 2016.
- Carnicer, M.J. Orts, R. Moreno, E. Sánchez, “Influence of solids concentration on the microstructure of suspension plasma sprayed Y-TZP/Al2O3/SiC composite coatings,” Surface and Coatings Technology, vol.371, pp. 143–150, 2019.
- M. Lakiza, M.I. Grechanyuk, O.K. Ruban, V.P. Redko, M.S. Glabay, O.B. Myloserdov, O. V. Dudnik, S. V. Prokhorenko, “Thermal Barrier Coatings: Current Status, Search, and Analysis,” Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol.57, pp. 82–113, 2018.
- A. Kulkarni, R. Subramanian, A.J. Burns, “Bond coat compositions and arrangements of same capable of self healing,” U.S. Patent 7,507,484, 2009.
- Ouyang, X. Fang, Y. Zhang, D. Liu, Y. Wang, S. Feng, T. Zhou, S. Cai, J. Suo, “Enhancement of high temperature oxidation resistance and spallation resistance of SiC-self-healing thermal barrier coatings,” Surface and Coatings Technology, vol.286, pp. 365–375, 2016.
- Portilla-Zea, M.A. González, E. Rodríguez, G.I. Vásquez, “Enhanced adhesion resistance of an 8YSZ thermal barrier coating trough the formation of zircon and mullite as self-healing reaction products under cyclic oxidation conditions,” Materials Letters, vol.282, p. 128697, 2021.
- M. Doleker, Y. Ozgurluk, H. Ahlatci, A.C. Karaoglanli, “Evaluation of oxidation and thermal cyclic behavior of YSZ, Gd2Zr2O7 and YSZ/Gd2Zr2O7 TBCs,” Surface and Coatings Technology, vol.371, pp. 262–275, 2019.
- Nozahic, C. Estournès, A.L. Carabat, W.G. Sloof, S. van der Zwaag, D. Monceau, “Self-healing thermal barrier coating systems fabricated by spark plasma sintering,” Materials & Design, vol.143, pp. 204–213, 2018.
- Ouyang, J. Wu, M. Yasir, T. Zhou, X. Fang, Y. Wang, D. Liu, J. Suo, “Effect of TiC self-healing coatings on the cyclic oxidation resistance and lifetime of thermal barrier coatings,” Journal of Alloys and Compounds, vol.656, pp. 992–1003, 2016.
- M. Aouadi, J. GU, D. Berman, “Self-healing ceramic coatings that operate in extreme environments: A review,” Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, vol.38, p. 050802, 2020.
- Koch, G. Mauer, R. Vaßen, “Manufacturing of Composite Coatings by Atmospheric Plasma Spraying Using Different Feed-Stock Materials as YSZ and MoSi2,” Journal of Thermal Spray Technology, vol.26, pp. 708–716, 2017.
- Krishnasamy, S.A. Ponnusami, S. Turteltaub, S. van der Zwaag, “Modelling the fracture behaviour of thermal barrier coatings containing healing particles,” Materials & Design, vol.157, pp. 75–86, 2018.
- Wang, C. Ming, X.H. Zhong, J.X. Ni, J.S. Yang, S.Y. Tao, F.F. Zhou, Y. Wang, “Microstructure and self-healing properties of multi-layered NiCoCrAlY/TAZ/YSZ thermal barrier coatings fabricated by atmospheric plasma spraying,” Applied Surface Science, vol.488, pp. 246–260, 2019.
- G. Sloof, “Self Healing in Coatings at High Temperatures,” Self healing materials. Springer, Dordrecht, pp. 309–321, 2007.
- Wang, F. Shao, X.H. Zhong, J.X. Ni, K. Yang, S.Y. Tao, Y. Wang, “Tailoring of self-healing thermal barrier coatings via finite element method,” Applied Surface Science, vol.431, pp. 60–74, 2018.
- Song, T. Song, U. Paik, G. Lyu, Y.-G. Jung, B.-G. Choi, I.-S. Kim, J. Zhang, “Crack-Resistance Behavior of an Encapsulated, Healing Agent Embedded Buffer Layer on Self-Healing Thermal Barrier Coatings,” Coatings, vol.9, p. 358, 2019.
- Kulczyk-Malecka, X. Zhang, J. Carr, A.L. Carabat, W.G. Sloof, S. van der Zwaag, F. Cernuschi, F. Nozahic, D. Monceau, C. Estournès, P.J. Withers, P. Xiao, “Influence of embedded MoSi2 particles on the high temperature thermal conductivity of SPS produced yttria-stabilised zirconia model thermal barrier coatings,” Surface and Coatings Technology, vol.308, pp. 31–39, 2016.
- Kulczyk-Malecka, X. Zhang, J. Carr, F. Nozahic, C. Estournès, D. Monceau, A.L. Carabat, W.G. Sloof, S. van der Zwaag, P.J. Withers, P. Xiao, “Thermo – mechanical properties of SPS produced self-healing thermal barrier coatings containing pure and alloyed MoSi2 particles,” Journal of the European Ceramic Society, vol.38, pp. 4268–4275, 2018.
)