بررسي ميزان رسانش پوشش هاي متخلخل در طي فرآيند پيرگرمايي

The investigation of change in thermal conductivity of porous coatings during the aging process

قرارگيري پوشش‌هاي سد حرارتي در دما بالا، باعث ايجاد پخت در لايه سراميكي شده و اين امر تغييرات درصد تخلخل را همراه دارد. با توجه به اين موضوع كه ضريب رسانش حرارتي هوا موجود در تخلخل لايه‌ها بسيار كمتر از مواد سراميكي موجود در پوشش است،‌ كاهش و يا افزايش تخلخل تغييرات ضريب رسانش پوشش را به دنبال خواهد داشت كه اين امر بر عملكرد كلي لايه‌هاي پوشش، تأثير مستقيم دارد. در اين پژوهش ابتدا بر روي نمونه‌هاي تهيه شده از پره توربين از جنسInconel738، پوشش سد حرارتي اعمال شد و سپس نمونه‌ها در مدت زمان مشخص در داخل كوره تحت فرآيند پيرگرمايي قرار داده شدند. تغييرات تخلخل موجود در لايه سراميكي پوشش در طي فرايند پيرگرمايي با استفاده از پردازش تصاوير SEM بررسي شد. درصد تخلخل موجود در تصاوير به دست ‌آمده از SEM در نرم‌افزار ImageJ تعيين شده و در نرم‌افزار OOF2 ضريب رسانش حرارتي در تخلخل‌هاي مختلف به صورت عددي محاسبه شد. به منظور صحت سنجي نتايج عددي، توزيع دما بر روي پوشش‌هاي سد حرارتي با حل تحليلي معادله انتقال حرارت فوريه به دست آمد. مطابق آناليز تصاوير SEM به دست آمده از نمونه‌ها طي ساعات پيرگرمايي مختلف، مشاهده شد كه با افزايش ساعات پيرگرمايي در طي 48 ساعت، درصد تخلخل كل لايه سراميكي 8٪ كاهش داشته است. مطابق نتايج به دست آمده با كاهش تخلخل در لايه سراميكي افزايش ضريب رسانش حرارتي مشاهده مي‌شود كه اين امر باعث افزايش دماي بستر شده و به مرور زمان عملكرد اصلي اين نوع پوشش‌ها را كاهش مي‌دهد

Exposure of the TBCs layers to high temperatures for a long time causes sintering in the ceramic layer, resulting in changes in the porosity. Since the thermal conductivity of air in the porosity of the layers is much lower than the ceramic material in the coating, a decrease or increase in the percentage of porosity will end up with changes in the conductivity of the layer, which subsequently affect the overall efficiency. In this study, a TBC was first applied to the prepared samples from Inconel738 turbine blades. The samples were subjected to an aging process in the furnace for a specified time. The porosity changes in the ceramic layer of the coating during the aging process were investigated using image processing of the SEM images. The porosity of the images obtained from SEM and thermal conductivity in different porosities were determined by OOF2 and ImageJ software, respectively. To validate the numerical results, temperature distribution on the thermal barrier coatings is obtained by the analytical solution of the Fourier equation. According to the analysis performed on the SEM images gathered from the samples during different aging hours, it is observed that by increasing the aging hours during 48 hours, the percentage of porosity of the whole ceramic layer decreased by 8%. According to the results, by decreasing porosity in the ceramic layer, an increase in thermal conductivity has been observed, followed by an increase in the substrate's temperature and a decrease in the overall performance over time.