Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Mohsen Safavi,Mehdi Salehi
سید محسن صفوی (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ahmadreza Kadkhodaie
احمدرضا کدخدائی الیادرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
Thermal barrier coatings, typically comprising of MCrAlY bond coat and YSZ top coat, have been used on super alloys to improve the thermal efficiency of turbine engines. These coatings have low thermal conductivity and appropriate surface properties. This study investigates improvement of thermal insulation, wear, and corrosion resistances of AZ91D Mg alloy by applying TBC coatings .Plasma flame has an obvious thermal effect on the substrate during deposition of TBCs on Mg alloy substrate by air plasma spray process and leads to serious oxidation of the substrate surface. Ni-P interlayer with low (3 wt.%) and high (9 wt.%) phosphorus was deposited to protect the Mg substrate from thermal oxidation. Ni–P layer is pre-deposited on top of Mg alloy by electroless plating, followed by deposition of MCrAlY bond coat by HVOF and YSZ top coat by APS process respectively. The microstructure and phaseconstituents of coatings were investigated by SEM, XRD and EDS. Coefficient of thermal conductivity was obtained by HT11 armfield linear heat transfer apparatus. It is well known that adhesion mechanism of YSZ coatings to the metallic substrate is basically a mechanical anchorage as is common for spray coatings. Interfacial indentation is used to create and propagate a crack in the interface between a coating and its substrate. This methodology allows defining an apparent interface toughness, which can represent the adhesion of the coating on its substrate. The interfacial indentation test (IIT) was performed at the interface of YSZ top coat/AZ91D substrate. For this purpose, polished cross-sections of the YSZ-coated samples were indented using a Vickers diamond pyramid with 9.81 N, 19.62 N, 29.43 N, 49.05 N, 98.1 N contact loads. For each indentation, half-diagonal of the indent and the length of the cracks were measured using an optical microscope. pore area were calculated with ImageJ software. The surface roughness of the specimens were measured with theMitutoyo average surfaceRoughneTester. Pin-on-disk wear test based on ASTM-G99 was used to investigate tribological behavior of the applied coatings. Wear behavior of coatings was investigated in design of experiments using full factorial approach. Three factors namely coating material, linear speed in three levels and normal load in two level were selected for DOE. SEM images illustrate porous surface and some micro-cracks of YSZ coating. Thermal conductivity of coatings is comparable with MCrAlY/YSZ on super alloys. The wear loss values of the ceramic lamella increase with the increase in the applied loads as expected. It is observed that coating without Ni-P interlayer exhibits highest value of wear rate and coating with Ni-P high phosphorus interlayer has lowest values of wear rate. Keywords: MCrAlY/YSZ, Ni-P interlayer, AZ91D Mg alloy, Adhesion, Thermal conductivity, Wear, DOE
پوشش‌های سد حرارتی, شامل MCrAlY به‌عنوان لایه میانی و YSZ به‌عنوان لایه بالایی معمولاً بر روی سوپر آلیاژها جهت بهبود بازده موتور‌های احتراق خارجی مورداستفاده قرار می‌گیرد. این پوشش‌ها دارای ضریب هدایت حرارتی پایین و خواص مناسب سطحی می‌باشند. در این پژوهش اعمال پوشش سد حرارتی به‌منظور بهبود خواص حرارتی، رفتار سایشی و خوردگی زیر لایه منیزیمی AZ91D موردبررسی قرار گرفت. در طی اعمال پوشش سد حرارتی بر زیرلایه منیزیمی توسط روش پلاسمای اتمسفری (APS)، اثر حرارتی شعله پلاسما بر زیرلایه موجب اکسیداسیون سطح می‌شود. لایه واسط الکترولس نیکل- فسفر با دو ترکیب کم فسفر(3% وزنی) و پر فسفر(9% وزنی) جهت محافظت زیرلایه منیزیمی از خوردگی و اکسیداسیون لایه‌نشانی شد. لایه نیکل-فسفر ابتدا بر روی زیرلایه منیزیمی اعمال شده و پس از آن لایه میانیMCrAlY توسط روش HVOF و لایه بالایی YSZ توسط روش پلاسمای اتمسفری اعمال گردید. پوشش‌ها توسط میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM)، آنالیز پرتوایکس (XRD) و طیف‌نگاری تفکیک انرژی (EDS) مورد بررسی قرار گرفت. ضریب هدایت حرارتی پوشش توسط دستگاه هدایت حراتی خطی HT11 بدست آمد. مکانیزم چسبندگی پوشش‌های YSZ به زیرلایه، قفل مکانیکی می‌باشد. برای ایجاد و انتشار ترک در فصل مشترک پوشش و زیرلایه از فرورونده فصل مشترک استفاده می‌گردد. این روش موجب معرفی تافنس ظاهری فصل مشترک خواهد شد که به عنوان استحکام چسبندگی پوشش و زیرلایه نیز شناخته می‌شود. آزمون فرورونده در فصل مشترک پوشش YSZ و زیر لایه AZ91D انجام گرفت. برای این هدف، سطح مقطع پالیش شده نمونه‌های پوشش‌داده شده YSZ توسط فرورنده هرمی ویکرز تحت آزمون فرورونده با نیروهای N 81/9، N 62/19، N 43/29، N 05/49 و N 1/98 قرار گرفتند. برای هر آزمون نصف قطر اثر فرورونده و طول ترک توسط میکروسکوپ نوری اندازه‌گیری شد. تخلخل پوشش بوسیله نرم افزار پردازش عکسimagej انجام گرفت. زبری سطح نمونه‌های پوشش داده شده توسط زبری سنج سطحی Mitutoyo اندازه‌گیری شد. جهت بررسی رفتار تریبولوژیک پوشش‌های اعمال‌شده و زیر لایه، از آزمون استاندارد پین بر روی دیسک استفاده شد. در طراحی آزمایش کامل مختلط، پارامتر‌های جنس پوشش و سرعت خطی سایش در سه سطح و بار عمودی سایش در دو سطح تعریف گردید. تصاویر الکترون روبشی از سطح، پوششی متخلخل و دارای مقداری میکرو-ترک را نشان‌ ‌می‌دهد. ضریب هدایت حرارتی بدست آمده از پوشش‌ در محدوده ضرایب بدست آمده از پوشش‌های سد حرارتی بر روی سوپرآلیاژ‌ها می‌باشد. نتایج به‌دست‌آمده از آزمون سایش نشان می‌دهد نرخ سایش لایه‌های سرامیک با افزایش بارعمودی، افزایش یافته است. پوشش YSZ با لایه واسط Ni-9%P کمترین نرخ سایش و پوشش بدون لایه واسط الکترولس نیکل-فسفر بیشترین نرخ سایش‌را‌داراست. کلمات کلیدی : MCrAlY، YSZ، الکترولس نیکل-فسفر، AZ91D، چسبندگی، هدایت حرارتی، سایش، طراحی آزمایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی