المعالجة بالليزر لطلاءات الحاجز الحراري YSZ المرسبة بالترسيب الكهربائي على السبيكة الفائقة انكونيل 625
Laser Processing of YSZ TBCs Coated by EPD for 625 Inconel Superalloy
- الباحث
- رقية عبد الكاظم عباس
- المشرف
- سامي عبد النون عجيل - محمد جاسم كاظم
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة المعادن
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Thermal barrier coatings;YSZ;Laser processing;Inconel 625
الملخص
طلاءات الحاجز الحراري تستخدم لتوربينات ومحركات الديزل لتقليل درجات الحرارة لسطح المعدن ، وتوفير مقاومة حرارية عالية ، وزيادة متانة المكونات. يختص هذا البحث في تطوير طلاءات الحاجز الحراري بالرش بلازما (APS) باستخدام طريقتين. كان المعدن الاساس المستخدم عبارة عن سبائك الفائقة 181-575 التي تم رشها بالبلازما على جانب واحد باستخدام مسحوق معدني ذات اساس نيكل (195-5" NivrCoyvCryyAl.jeY (Amdry بسمك ٠٠١ ميكرومتر تقريبًا ومن ثم رشها بمسحوق السيراميك من الزركونيا المثبته بالايتريا .)3١ 5215, Sulzer Metco) ,(ZrOv-A wt% 700+ كان متوسط سمك طبقة الطلاء السيراميكي حوالي ٠٠٠ ميكرومتر. تم اخذ تأثير مسافة الرش بالبلازما في الاعتبار في تصميم aicus. TBCs استخدام ثلاث مسافات مختلفة ale ١١١ . ٠٠١ , Ve ثم تم ختم الطلاءات التي تم رشها بالبلازما باستخدام طريقتين. الطريقة الاولى استخدام مسحوق 757 النانوي لترسيب طبقه overlay بطريقة الترسيب الكهربي EPD والثانيه تعديل(تحسين ) السطح بالليزر لطبقة ال(1821 . تم استخدام الترسيب الكهربي (EPD) لإنتاج طبقه من الزركونيا المستقر بالإيتريا (YSZ) على الطلاء المرشوش بالبلازما. بعد ذلك, تم التحقيق في طريقتين متميزتين (منهجين) لتلبيد طبقة YSZ EPD الخضراء على طلاء YSZ APZ الطريقة الأولى هي التلبيد في فرن مفرغ عند ٠٠٠١ درجة مئوية لمدة ساعتين ، متبوعًا بالختم بالليزر لمزيد من التحسين ¢ والطريقة الثانية هي تلبيد طبقة YSZ EPD الخضراء مع التلبيد المباشر بالليزر. تعتبر تقنية الليزر تقنية واعدة وفعالة لتحسين أداء الطلاء بالرش الحراري. يؤدي إلى زيادة خصائص السطح مع زيادة قوة الترابط بين الطلاء والركيزة. في هذه الدراسة ، طلاء طبقة بطريقة الترسيب الكهربي على YSZ APS وعمليات التعديل بالليزر سوف ترتبط lee لتحسين خصائص APS TBCs تم إجراء عملية sale} الصهر بالليزر باستخدام ليزر الحالة الصلبة Nd: YAG لإعادة صهر الطبقة السطحية فوق طلاء APS TBC تمت الدراسة لجميع حالات العينات باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (FESEM) المجهز بمطياف الطاقة المشتت EDS لتحليل نوع العناصروكميتها. ومجهر القوة الذرية (AFM (لتوصيف مورفولوجيا السطح . تم تمييز الاطوار للطلاء باستخدام تحليل XRD تم استخدام مزيج من تحليل الصور (TA) وتقنيات قياس مسامية تسرب الزئبق (MIP) لتحليل توزيع المسامية وحجم المسام لطلاء APS على مسافات ثلاث رش. تم تحديد اختبار الصدمة الحرارية و مقاومة التاكل الساخن عند درجات الحرارة العالية لطلاء الحاجز الحراري. أظهرت النتائج أن طلاءات الواقية YSZ التي تم ترسيبها بطريقه EPD كانت خالية من الشقوق ومتصلة بسمك موحد وبنية مجهرية متجانسة بشكل موحد. تم إجراء EPD بنجاح كحاجز في حماية APS YSZ 95 من التدهور. أيضًا ء أشارت نتائج تحليل نمط (XRD) إلى أن الاطوار لطلاء الرش بالبلازما YSZ APS تتكون بصورة اساسية من الطور الرباعي الغير متحول ) tetragonal 4x8 nontransformable قليلة جدا من الطور Gas! الميل(020011010). في حين بعد إعادة الصهر بالليزر لطبقة EPD الملبدة فقط تتكون بصورة اساسية من الطور الرباعي الغير متحول tetragonal nontransformable) ( التي تعتبر مرحلة ZrOy المرغوبة والمفيدة ل TBC من خلال فحص الخشونة النانويه والمايكرويه؛ هناك انخفاض في خشونة السطح بعد المعالجة بالليزر. مما يشير إلى تحسن في خصائص سطح الطلاء. بينما زادت قياسات الصلادة الدقيقة بعد أن أظهر تعديل السطح بالليزر تحسئًا في الخواص مقارنة بالطلاء المرشوشة بالبلازما. تمت ملاحظه أن التحسن في مقاومة الصدمات الحرارية للعينات المعاد صهرها بالليزر يرجع ذلك إلى تحسين القدرة على MN لتكيف مع الإجهاد من خلال شبكة من الشقوق المجزأة التي يتم إنشاؤها على سطح العينات المعاد صهرها بالليزر ، وقد أدى هذا التعزيز إلى زيادة عمر 7805 التي تم رشها. تم إجراء اختبار التآكل الساخن, يمكن ملاحظة أن حالة الختم بالليزر لطبقه EPD الملبده بالفرن أظهرت مقاومة عالية للتآكل مقارنة بالطلاءات التقليدية التي يتم رشها بالبلازما. أشارت النتائج إلى أن طلاء الحاجز الحراري بالرش بالبلازما APS TBC قد تحسن بشكل كبير بعد تعديل السطح لطبقة الترسيب الكهربي EPD الملبده بالمعالجة بالليزر والتلبيد المباشر بالليزر لطبقة EPD الخضراء فوق TBC 425.
Abstract
In the present study, yttria partially stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings (TBCs), which are used as a coating to decrease the metal surface temperatures, for turbines and diesel engines blade, provide high thermal resistance, and increase the component durability. The investigation is devoted to the development of air plasma spraying (APS) thermal barrier coatings using two techniques. The substrate used was IN-625 superalloy plasma-sprayed on one side with approximately 100 μm thick Nickel based metal powder Ni23Co17Cr12Al0.5Y (Amdry 365–2) and then sprayed with ceramic powder ZrO2-8 wt.% Y2O3 yttria-stabilized zirconia (204NS, Sulzer Metco). The average thicknesses of ceramic coating were 400 μm. Effect of plasma spray distance was taken into consideration in the design of TBCs. Three different distances 70, 100, and 130 mm were utilized. Then, plasma sprayed coatings were sealed using two techniques. The first one was using a nano-size YSZ electrophoretic deposition (EPD) overlay. The second was laser surface modification of the EPD layer. Electrophoretic deposition (EPD) has been used to produce yttria-stabilized zirconia (YSZ) overlay on the plasma-sprayed coatings. The best conditions of deposition YSZ overlay coating using DC current was obtained with applied voltage 40 V, deposition time 5 min, and suspension concentration 10 g/l depending on the coating thickness. Two distinct approaches have been investigated for sintering green YSZ EPD overlay on YSZ TBCs. The first approach is sintering in a vacuum furnace at 1200 C for 2 hours, followed by laser sealing for further enhancement, and the second approach is the sintering and modification of green YSZ EPD in a single step using direct laser sintering. The laser technology technique is considered a promising and effective technique to improve the performance of thermal spray coatings. In this study, electrophoretic deposition overlay coating on YSZ APS and laser modification processes are combined together to improve the properties of APS TBCs. Laser remelting process was performed with Nd:YAG solid-state laser to remelt the overlay surface layer over APS TBC coating. Microstructures details for all specimens conditions were studied using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). Morphology and surface roughness were investigated using AFM analysis and central line average (CLA). Phases and chemical composition of the coating were characterized using XRD and energy-dispersive spectroscopy EDS analysis. A combination of image analysis (IA) and Mercury intrusion porosimetry (MIP) techniques was used to analyze the porosity and pore size distribution for APS coating at three spray distances. Thermal shock test and the hot corrosion resistance of thermal barrier coating for all specimens conditions were performed. Results demonstrated that the YSZ protective overlay coatings were found to be free of cracks, continuous with uniform thickness, and uniformly homogenous microstructure. EPD was successfully performed as a barrier overlay in protecting the APS YSZ TBCs against the degradation. The XRD analysis indicated that the general phases of YSZ APS coating are nontransformable tetragonal t' _ZrO2 with a small amount of m-ZrO2 phase. While, the phases for the green YSZ EPD barrier layer are t and m which are the same phases of nano YSZ powder for EPD performed at the room temperature, and the sintered coating showed the presence of only equilibrium tetragonal phase (t). The phase formed after the laser remelting of sintered EPD layer is only the t' phase which is regarded to be a desirable ZrO2 phase beneficial for TBC. It was found from the nano-roughness and microroughness inspection, the surface roughness decreased after the laser treatment to (1.99 μm, 3 nm). While from the microhardness measurements, hardness increased after laser surface modification has revealed enhancement in properties compared with plasma sprayed coatings. The analyzed coatings manifested that the enhancement in resistance to thermal shock after laser remelted specimen was due to the strain adaptability improvement by a network of segmented cracks which are produced on the surface of laser remelting; this enhancement resulted in an increase in TBCs performance. From the hot corrosion test, it was observed that the state of the laser sealing of furnace sintered EPD overlay exhibited a high corrosion resistance compared with the conventional plasma sprayed coatings. The results indicated that the APS TBC was significantly improved after modifying the surface of sintered EPD overlay by laser treatment and direct laser sintering of the green EPD layer over APS TBC.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.