مزایای پودر YSZ با ضخامت ۱۱-۱۲۵ میکرومتر برای پوشش سد حرارتی پره‌های موتور
هنگامی که پودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریم (پودر YSZ، معمولاً 8٪ Y₂O₃-ZrO₂) در پوشش سد حرارتی (TBC) پره‌های موتور در محدوده اندازه ذرات 11-125μm استفاده می‌شود، مزایای قابل توجه زیر را دارد:
1. رسانایی حرارتی عالی و عملکرد عایق حرارتی
– رسانایی حرارتی پایین (2.2-2.9 W/m·K): به طور موثر دمای فلز پایه را کاهش داده و عمر تیغه را افزایش می‌دهد.
– ضریب انبساط حرارتی بالا (10-11×10⁻⁶/K): نزدیک به زیرلایه آلیاژ پایه نیکل با دمای بالا، که تنش فصل مشترک را تحت چرخه‌های حرارتی کاهش می‌دهد.
۲. پایداری فازی در دمای بالا
– فاز شبه پایدار تتراگونال (فاز t’): پایداری طولانی مدت در دمای 1200-1400 درجه سانتیگراد، جلوگیری از انبساط حجمی و ترک خوردگی پوشش ناشی از تبدیل به فاز مونوکلینیک (فاز m) در حین خنک شدن. پودر YSZ با غلظت 8% مولار، از نظر شیمیایی در محیط احتراق هیدروکربن موتورهای توربین گازی بی‌اثر است.
– اثر آلایش ایتریوم: Y₂O₃ مانع از تبدیل فاز می‌شود و قابلیت اطمینان پوشش را در کاربردهای دمای بالا بهبود می‌بخشد.
3. مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب
– چقرمگی شکست بالا: جذب انرژی از طریق مکانیسم چقرمگی تبدیل فاز (تبدیل فاز t→m ناشی از تنش) برای به تأخیر انداختن انتشار ترک.
– طراحی بهینه اندازه ذرات: پودر 11-125μm چگالی پوشش (کاهش تخلخل) و تحمل کرنش (تخلخل مناسب برای کاهش تنش) را متعادل می‌کند.
4. مقاومت عالی در برابر پخت و پایداری شیمیایی
– مقاومت در برابر تف‌جوشی در دمای بالا: اندازه ذرات درشت (125 میکرومتر) سطح ویژه را کاهش می‌دهد و از سخت شدن پوشش ناشی از رشد بیش از حد دانه در دمای بالا (>1200 درجه سانتیگراد) جلوگیری می‌کند.
– بی‌اثری شیمیایی: در برابر خوردگی CMAS (کلسیم منیزیم آلومینیوم سیلیکات) در گازهای احتراق و فرسایش در محیط‌های اکسیدکننده مقاومت می‌کند.
۵. سازگاری فرآیند
– مناسب برای پاشش پلاسما (APS) یا پاشش شعله‌ای: محدوده اندازه ذرات 11-125μm، سیالیت پودر را تضمین می‌کند و یک پوشش یکنواخت (ضخامت معمول 100-500μm) تشکیل می‌دهد.
– راندمان رسوب بالا: ذرات درشت، نسبت ذرات ذوب نشده را در حین پاشش کاهش داده و استحکام اتصال پوشش را بهبود می‌بخشند.
۶. بهبود مقاومت در برابر خوردگی CMAS
– ساختار ذرات بزرگ: کاهش نرخ نفوذ مذاب CMAS و اصلاح آلایش (مانند Al₂O₃/Ta₂O₅) می‌تواند خوردگی را بیشتر به تأخیر بیندازد.
زیرکونیای پایدار شده با ایتریوم (11-125 میکرومتر) به دلیل پایداری فازی در دمای بالا، عایق حرارتی، مقاومت در برابر شوک حرارتی و سهولت فرآیند، به ماده ترجیحی برای پوشش ضد خوردگی تیغه‌های موتور هواپیما و توربین گازی تبدیل شده است.
