سنتز و بررسي پايداري حرارتي پوشش هاي سد حرارتي نانوساختار زيركونياي پايدار شده با اسكانديا و سريا (ScCeSZ)

Synthesis and Studuy on Thermal Stability of Nanostructured Scandia-Ceria Stabilized Zirconia Used as Thermal Barrier Coating

زيركونياي پايدار شده با ايتريا (YSZ) يكي از پركاربردترين پوشش هاي سد حرارتي است. با اين حال در دماهاي بالاتر از °C1200 فاز پايدار شده تتراگونال به مونوكلينيك تبديل مي شود و احتمال ترك در پوشش را افزايش مي دهد. در اين تحقيق پوشش نانوساختار زيركونياي پايدار شده با اسكانديا و سريا (ScCeSZ) با روش سل ژل پليمري سنتز شده و اثر مقادير مختلف پايداركننده هاي اسكانديا و سريا بر پايداري حرارتي آن در °C1400 بوسيله XRD با سرعت اسكن پايين بررسي شده است. با توجه به مقدار فاز منوكلنيك تشكيل شده، مقدار تتراگوناليته و حضور فاز تتراگونال استحاله ناپذير و فاز مكعبي و همچنين با مقايسه بهترين عملكرد حرارتي، تركيب بهينه اين پوشش با حدود 78/4 درصد مولي اسكانديا، انتخاب شد. سپس پوشش هاي سد حرارتي نانو ساختار با تركيب 4.78ScCeSZ به روش پاشش پلاسماي اتمسفري (APS) بر روي نمونه هايي از جنس سوپرآلياژ پايه نيكل (IN738LC) اعمال شدند و پايداري حرارتي آن ها پس از شوك حرارتي در دماي °C1000 مورد ارزيابي قرار گرفت. بررسي ها نشان داد پس از 122 سيكل حرارتي فاز مونوكلينك در ساختار تشكيل نشده، كه نشان دهنده پايداري پوشش است. به نظر مي رسد پوشش اخير گزينه اي مناسبي براي پوشش هاي سد حرارتي توربين گازي و جايگزيني مناسب براي YSZ معمولي باشد.

Yttria stabilized zirconia (7YSZ) is widely used as standard Thermal Barrier Coatings (TBCs). However, for temperature higher than 1200˚c tetragonal phase may be transformed to the monoclinic phase, which results in the formation of cracks in the coating and accelerates the spallation failure of TBCs. In this study, nanostructured scandia-ceria doped zirconia (ScCeSZ) were synthesized via polymerized sol-gel method and the effect of different amounts of scandia and ceria stabilizers on the thermal phase stability at the temputre of 1400˚c were investigated by slow scan XRD. By comparing the amounts of monoclinic, non-transformable tetragonal (t') and cubic phases, the amount of tetragonality was calculated and eventually the optimum combination in terms of thermal performance was determined (4.78ScCeSZ). Nanostructured 4.78ScCeSZ was deposited by atmospheric plasma spraying (APS) on NiCoCrAlY-coated Inconel 738 substrates and thermal phase stability of the coating was investigated after thermal shock test in 1000˚c. With respect to enhancing thermal stability of nanostructured 4.78ScCeSZ, it could be suggested that nanostructured 4.78ScCeSZ are promising substitutes for conventional YSZ in gas turbine engine.