جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "پوشش های سد حرارتی" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «پوشش های سد حرارتی» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
خوردگی داغ و رشد لایه اکسیدی (TGO) عوامل مخربی در پوشش های سد حرارتی (TBC) هستند که در شرایط کاری منجر به شکست پوشش می شوند. در مطالعه حاضر رفتار خوردگی داغ و تغییرات TGO برای TBC های که لایه رابط آن با روش های اسپری پلاسمای اتمسفر (APS) و پاشش حرارتی سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) اعمال شدند ارزیابی شده است. هر دو نوع پوشش برای شرایط یکسان تحت آزمایش خوردگی داغ سیکلی با دمای 1100 درجه سانتی گراد در معرض نمک های مذاب Na2SO4 و V2O5 قرار داده شدند سپس ریزساختار آن ها با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شده است. همچنین تغییرات ضخامت TGO در سیکل های مختلف با استفاده از نرم افزار Image J و تصاویر SEM اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد با نفوذ مذاب نمک های خورنده و واکنش آن با لایه YSZ یک تغییر فاز از تتراگونال به مونوکلینیک برای زیرکونیا اتفاق افتاده است و همچنین با تخلیه ایتریا از ساختار پوشش، محصولات واکنشی YVO4 برای TBC ها به وجود آمده است. تحمل سیکل خوردگی داغ TBC ها و رفتار رشد TGO نشان می دهد پوشش های که لایه رابط آن ها با روش HVOF اعمال شده است عملکرد بهتری نسبت به روش APS نشان می دهند.
کلید واژگان: خوردگی داغ, پوشش های سد حرارتی, اسپری پلاسمای اتمسفر, پاشش حرارتی سوخت اکسیژن با سرعت بالاHot corrosion and thermally grown oxide (TGO) formation are destructive factors in thermal barrier coatings (TBCs) that lead to coating failure under operational conditions. In the present study, the hot corrosion behavior and TGO evolution for TBCs whose Bond coat by deposited by atmospheric plasma spraying (APS) and high velocity oxygen fuel (HVOF) thermal spray methods were evaluated. Both types of coatings were subjected to cyclic hot corrosion testing at a temperature of 1100°C in the presence of molten salts of Na2SO4 and V2O5 under identical conditions. Subsequently, their microstructures were examined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) images. Additionally, changes in TGO thickness were measured across different cycles using Image J software and SEM images. The results indicate that TBCs deposited using the HVOF method for the bond coat exhibit better performance compared to those deposited using the APS method. The results show that a phase change from tetragonal to monoclinic has occurred for zirconia with the penetration of corrosive salt melt and its reaction with the YSZ layer, and also with the depletion of yttria from the coating structure, YVO4 reaction products have been formed for TBCs. The endurance of hot corrosion cycle of TBCs and the growth behavior of TGO show that the coatings whose interface layer is applied by the HVOF method show better performance than the APS method.
Keywords: Hot Corrosion, Thermal Barrier Coatings, Atmospheric Plasma Spray, High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spray -
قرارگیری پوشش های سد حرارتی در دما بالا، باعث ایجاد پخت در لایه سرامیکی شده و این امر تغییرات درصد تخلخل را همراه دارد. با توجه به این موضوع که ضریب رسانش حرارتی هوا موجود در تخلخل لایه ها بسیار کمتر از مواد سرامیکی موجود در پوشش است، کاهش و یا افزایش تخلخل تغییرات ضریب رسانش پوشش را به دنبال خواهد داشت که این امر بر عملکرد کلی لایه های پوشش، تاثیر مستقیم دارد. در این پژوهش ابتدا بر روی نمونه های تهیه شده از پره توربین از جنسInconel738، پوشش سد حرارتی اعمال شد و سپس نمونه ها در مدت زمان مشخص در داخل کوره تحت فرآیند پیرگرمایی قرار داده شدند. تغییرات تخلخل موجود در لایه سرامیکی پوشش در طی فرایند پیرگرمایی با استفاده از پردازش تصاویر SEM بررسی شد. درصد تخلخل موجود در تصاویر به دست آمده از SEM در نرم افزار ImageJ تعیین شده و در نرم افزار OOF2 ضریب رسانش حرارتی در تخلخل های مختلف به صورت عددی محاسبه شد. به منظور صحت سنجی نتایج عددی، توزیع دما بر روی پوشش های سد حرارتی با حل تحلیلی معادله انتقال حرارت فوریه به دست آمد. مطابق آنالیز تصاویر SEM به دست آمده از نمونه ها طی ساعات پیرگرمایی مختلف، مشاهده شد که با افزایش ساعات پیرگرمایی در طی 48 ساعت، درصد تخلخل کل لایه سرامیکی 8٪ کاهش داشته است. مطابق نتایج به دست آمده با کاهش تخلخل در لایه سرامیکی افزایش ضریب رسانش حرارتی مشاهده می شود که این امر باعث افزایش دمای بستر شده و به مرور زمان عملکرد اصلی این نوع پوشش ها را کاهش می دهد.
کلید واژگان: پوشش های سد حرارتی, ضریب رسانش حرارتی, تخلخل, ImageJ, OOF2Exposure 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.
Keywords: Thermal Barrier Coatings, Thermal conductivity, porosity, ImageJ, OOF2 -
لزوم عملکرد توربین های گازی در دمای کاری بالا به منظور افزایش بهره وری، منجر به استفاده از پوشش هایی محافظتی به نام پوشش های سد حرارتی جهت محافظت از تجهیزات داخل توربین در برابر بارگذاری های حرارتی نسبتا شدید شده است. اما خود این پوشش ها نیز تحت تاثیر این شرایط مخرب، پس از مدتی از بین می روند. در پژوهش حاضر بر اساس مشخصات ریزساختاری پوشش های سد حرارتی، مدل سازی فرآیند ساخت و ایجاد این پوشش ها به کمک روش اجزاء محدود انجام گرفت. در این مدل سازی ابتدا فرآیند ساخت و ایجاد این پوشش ها به منظور بررسی رفتار ترمومکانیکی این پوشش ها و به دست آوردن میدان دمایی و تنش پسماند موجود در آن ها در حین فرآیند ساخت و پس از پایان آن و خنک سازی تا دمای محیط، شبیه سازی شده است. سپس با اعمال بارگذاری حرارتی و شبیه سازی شرایط کاری واقعی توربین، رفتار حرارتی و مکانیکی این پوشش ها در شرایط کاری ارزیابی گردیده و توزیع میدان دما و تنش موجود در سیستم محاسبه شدند. برخلاف ساده سازی های انجام گرفته در کارهای پیشین و نادیده گرفتن فرآیند ایجاد پوشش ها، این پژوهش روشی برای مدل سازی فرآیند پاشش حرارتی و مطالعه ی رفتار ترمومکانیکی این پوشش ها از ابتدای فرآیند تولید تا پایان آن و سپس اعمال بارگذاری و شبیه سازی شرایط کاری توربین ارایه می کند. نتایج به دست آمده نشان می-دهد که تنش پسماند بیشینه پس از خنک سازی، در سطح مشترک بین زیرلایه و پوشش میانی قرار داشته و مقدار آن نیز در محدوده ی نتایج گزارش شده در کارهای تجربی استکلید واژگان: پوشش های سد حرارتی, روش اجزاء محدود, لایه نشانی, تنش پسماندThe need for a high-temperature operation to increase efficiency has led to the use of protective coatings called Thermal Barrier Coatings (TBCs) to protect turbine equipment against destructive conditions and relatively high thermal loads. However, the coatings themselves are also gradually affected by these destructive conditions. In the present study, based on the microstructural characteristics of thermal barrier coatings, first, the modeling of the deposition process and the fabrication of these coatings was done using the finite element method. In this modeling, the deposition process of TBCs for studying the thermal and mechanical behavior of these coatings simulated. Then the temperature field and the residual stresses obtained during and after the deposition process and cooling to ambient temperature has been studied. Subsequently, by applying thermal loading and simulating the actual working conditions of the turbine, the thermal and mechanical behavior of TBCs was evaluated in working conditions and the distribution of the temperature and stress field in the system was calculated. The results show that the maximum residual stress after cooling is at the interface between the substrate and the bond coat. The obtained results and the accuracy of the proposed model validated by experimental reports.Keywords: Thermal barrier coatings, Finite Element Method, Deposition process, Residual stress
-
ارزیابی مقدار تنش پسماند ناشی از اعمال پوشش سدحرارتی با استفاده از روش های تحلیلی، آزمایشگاهی و عددی
تنش های پسماند حرارتی ناشی از کوینچ و عدم تطابق انبساط حرارتی لایه ها به علت افت دما پس از اعمال پوشش سدحرارتی با روش های تحلیلی، آزمایشگاهی و المان محدود ارزیابی و مساله پس از ساده سازی به صورت تحلیلی حل شد. تنش پسماند سطحی توسط XRD استخراج و به منظور محاسبه ی توزیع تنش، مدل المان محدودی پیشنهاد گشت که سطح مشترک لایه ها با الگوگیری از تصویر SEM نمونه ی آزمایشگاهی ایجاد گردید. نتایج تحلیلی نشان داد که تنش های کوینچ در مقایسه با تنش های عدم تطابق حرارتی مقدار کمتری دارند. میانگین تنش، MPa150- اندازه گیری شد که مقادیر تحلیلی و المان محدود تطابق قابل قبولی با آن دارند.
کلید واژگان: پوشش های سد حرارتی, تنش پسماند اعمال پوشش, XRD, روش المان محدودIn this paper, residual thermal stresses caused by quenching of layers as well as the thermal expansion mismatch between the coating layers due to a sharp drop in temperature during the deposition process in the thermal barrier coating system is evaluated using an analytical model, experimental tests and a finite element model. Due to the inherent complexity of these coatings, the problem is solved analytically after some simplification. The residual stresses of the coated samples were measures using XRD method. In order to calculate the stress distribution in the whole system, a finite element model is proposed. In this model, the interface profile of the coating layers was extracted based on SEM images so it was considered to be resemble the real case. Also the boundary conditions were applied to this sub model in a way that it is in a good accordance with the experimental tests loading. The analytical results showed that the quenching residual stresses of the layers have a minor amount compared to the thermal mismatch stresses between the layers in the tests. The average value of the measured residual stresses is -150 MPa, which has a good agreement with the results obtained from the analytical and finite element methods.
Keywords: Termal barrier coating, Residual stresses, XRD, Finite element methode -
در این پژوهش واماندگی پوشش های سد حرارتی تحت تاثیر بارگذاری حرارتی سیکلی و بار مکانیکی ثابت به صورت تجربی بررسی شده است. آزمایش های تجربی روی نمونه هایی انجام شده است که از جنس آلیاژ اینکونل 617 بوده و با پوشش های سد حرارتی دولایه شامل پوشش پیوندی Ni22Cr10Al1Y و پوشش فوقانی ZrO2.8wt%Y2O3و به روش پاشش پلاسما در محیط هوا پوشش دهی شده اند. نمونه ها توسط یک دستگاه خستگی حرارتی که به طور خاص برای انجام آزمایش های این تحقیق طراحی و ساخته شده است، آزمایش شده اند. نمونه ها در شرایط بیشینه دمایی 1100 و 1170 درجه سانتی گراد و تحت بار خمشی که از طریق دستگاه به نمونه ها داده می شوند، آزمایش شده اند. نتایج با آزمایش هایی که بدون اعمال بار خمشی انجام شده است مقایسه شده است. در هر سیکل، زمان حرارت دهی نمونه ها تقریبا 10 دقیقه و زمان سردکردن آنها تقریبا 5 دقیقه بوده است. نتایج به دست آمده در این پژوهش، نشان داد که با بارگذاری های متفاوت، سازوکارهای تخریب پوشش های سد حرارتی تغییر می کند و طول عمر پوشش با افزایش درجه حرارت بیشینه سیکل به صورت نمایی کاهش پیدا می کند. همچنین افزایش بارگذاری مکانیکی بر کاهش طول عمر خستگی حرارتی پوشش های سد حرارتی نیز تاثیر قابل توجهی دارد.کلید واژگان: پوشش های سد حرارتی, خستگی حرارتی سیکل پایین, بار مکانیکی خمشی, سازوکارهای تخریبIn this study, the effects of thermal cyclic loading in the presence of a constant mechanical load were evaluated experimentally on failure of thermal barrier coatings. For this purpose, specimens of Inconel 617 with approximate dimensions of 100×10×6.2 mm that coated by two-layered thermal barrier coatings include a Ni22Cr10Al1Y bond coat and ZrO2.8wt%Y2O3 using air plasma spraying (APS), were considered. These specimens were tested under low cycle thermal fatigue experiment with maximum temperatures of 1000oC, 1100oC and 1170oC for thermal cycles and constant bending loads of 4500 Nmm, 6000 Nmm, 7500 Nmm and with no load by using a made test rig with the ability of four point bending load. In a thermal cycle, a specimen heating time was 10 minutes and cooling time was 5 minutes approximately. The results obtained in this study, showed that different loads change thermal barrier coatings failure mechanisms and service life cycles of coating reduce exponentially by rising maximum temperature of thermal cycle. Also increases in mechanical load have significant effect on the reduction of thermal barrier coatings life during thermal fatigue loading.Keywords: thermal barrier coatings, low cycle fatigue, thermal fatigue, bending mechanical loading, failure mechanisms
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.