تأثير پارامترهاي فرايند پاشش حرارتي LPPS بر ريزساختار پوششNiCoCrAlY و مقايسه آن با فرايند HVOF

The Effect of Low Pressure Plasma Sprayed Parameters on the Microstructure of NiCoCrAlY Coatings and Comparsion with HVOF Process

بهبود راندمان توربين‌ها، توسط افزايش دماي ورودي توربين صورت مي­ پذيرد كه مستلزم افزايش مقاومت به اكسيداسيون پوشش‌هاي MCrAlY مي ­باشد. مقاومت به اكسيداسيون پوشش MCrAlY وابسته به تركيب شيميايي و ريزساختار پوشش است كه مي‌تواند از طريق بهينه ­سازي پارامترهاي پوشش‌دهي بهبود يابد. هدف از اين پژوهش بررسي پارامترهاي فرايند LPPS بر ريزساختار پوشش NiCoCrAlY و مقايسه آن با ريزساختار ايجاد شده به روش HVOF است. بدين منظور، از ميكروسكوپ نوري و الكتروني (SEM) و نرم‌افزار آناليز تصويري جهت بررسي ريزساختار پوشش و از طيف‌سنجي تفكيك انرژي (EDS) و پراش پرتو ايكس (XRD) جهت آناليز عنصري و فازي استفاده شد. نتايج بررسي‌ها نشان دادند، ريزساختار بهينه پوشش در ماكزيمم دما و سرعت ذرات در برخورد بر سطح زيرلايه حاصل م ي­شود؛ بنابراين در بهينه­سازي پارامترها، با افزايش نرخ گاز اوليه پلاسما (Ar) تا SLPM 75، سرعت كم ذرات در اثر كاهش دانسيته جت پلاسما در فشار پايين محفظه جبران شد. افزايش نرخ گاز ثانويه پلاسما (H2) تا SLPM 16 با افزايش آنتالپي جت پلاسما، كاهش دماي ذرات در اثر كاهش مدت زمان ماندگاري ذرات در اثر افزايش سرعت جت پلاسما (افزايش نرخ گاز اوليه) را جبران مي­نمايد. همچنين جريان قوس نيز جهت فراهم نمودن انرژي لازم جهت يونيزاسيون گازهاي پلاسما، تا A 650 در فاصله پاشش cm 12، افزايش يافت. نتايج آناليز عنصري و فازي نشان داد پوشش NiCoCrAlY شامل زمينه محلول جامد نيكل γ به همراه فازهاي پراكنده β-(Ni, Co)Al و مقدار بسيار جزئي فاز اكسيدي مي‌باشد.

To improve the efficiency and power output of turbine engines, the turbine inlet temperature should be increased which requires higher oxidation resistance of MCrAlY coatings. Moreover, the oxidation resistance of the MCrAlY coating depends on the chemical composition and coating’s microstructure, which can be improved by optimizing the parameters of coating process. In this study the parameters of LPPS process on the microstructure of NiCoCrAlY coating is evaluated and compared with the microstructure of NiCoCrAlY coating applied by the HVOF method. Thus, microstructure, phase composition and elemental analysis of the coatings are characterized by optical and field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffractometer (XRD) and energy dispersive spectroscopy (EDS), respectively. The results reveal that the optimum microstructure of the coating with minimum porosity, non-melted particles and oxide phases was obtained at the highest temperature and particle’s velocity impact to the substrate’s surface. Hence, the optimized values for Ar and H2 flow rate (75 and 16 SLPM, respectively), and the current of 650 A at a spray distance of 12 cm has been optimized for for maximum amount of remaining particles at maximum speed in plasma jet. In addition, EDS and XRD analysis show that the NiCoCrAlY coating contains continuous γ nickel rich solid solution with dispersed β- (Ni, Co) Al phases and negligible ratio of oxide phase.