Motor kanatlarının termal bariyer kaplaması için YSZ tozu 11-125um’un avantajları
İtriyumla stabilize edilmiş zirkonyum tozu (YSZ tozu, genellikle %8 Y₂O₃-ZrO₂), 11-125μm parçacık boyutu aralığındaki motor kanatlarının termal bariyer kaplamasında (TBC) kullanıldığında aşağıdaki önemli avantajlara sahiptir :
1. Mükemmel ısı iletkenliği ve ısı yalıtım performansı
– Düşük ısı iletkenliği (2,2-2,9 W/m·K): Temel metal sıcaklığını etkili bir şekilde azaltır ve bıçağın ömrünü uzatır.
– Yüksek termal genleşme katsayısı (10-11×10⁻⁶/K): Nikel esaslı yüksek sıcaklık alaşımlı alt tabakaya yakın, termal döngü sırasında arayüz gerilimini azaltır.
2. Yüksek sıcaklık faz kararlılığı
– Tetragonal metastabil faz (t’ fazı): 1200-1400°C’de uzun süreli kararlılık gösterir, soğutma sırasında monoklinik faza (m fazı) dönüşüm nedeniyle oluşan hacim genişlemesini ve kaplama çatlaklarını önler. %8 mol YSZ tozu, gaz türbinli motorların hidrokarbon yanma ortamında kimyasal olarak inerttir.
– İtriyum doping etkisi: Y₂O₃ faz dönüşümünü engeller ve yüksek sıcaklık hizmetinde kaplamanın güvenilirliğini artırır.
3. İyi termal şok direnci
– Yüksek kırılma tokluğu: Çatlak yayılmasını geciktirmek için faz dönüşümü toklaştırma mekanizması (gerilim kaynaklı t→m faz dönüşümü) yoluyla enerjiyi emer.
– Optimize edilmiş parçacık boyutu tasarımı: 11-125μm toz, kaplama yoğunluğunu (azaltılmış gözeneklilik) ve gerinim toleransını (stresi azaltmak için uygun gözeneklilik) dengeler.
4. Mükemmel sinterleme direnci ve kimyasal kararlılık
– Yüksek sıcaklıkta sinterleme direnci: Kaba parçacık boyutu (125 μm), özgül yüzey alanını azaltır ve yüksek sıcaklıkta (>1200 °C) aşırı tane büyümesinin neden olduğu kaplamanın sertleşmesini engeller.
– Kimyasal inertlik: Yanma gazındaki CMAS (kalsiyum magnezyum alüminyum silikat) korozyonuna ve oksitleyici ortamlardaki erozyona karşı direnç gösterir.
5. Süreç uyumluluğu
– Plazma püskürtme (APS) veya alev püskürtme için uygundur: 11-125μm parçacık boyutu aralığı tozun akışkanlığını sağlar ve homojen bir kaplama oluşturur (tipik kalınlık 100-500μm).
– Yüksek biriktirme verimliliği: İri parçacıklar, püskürtme sırasında erimemiş parçacıkların oranını azaltır ve kaplamanın bağlanma mukavemetini artırır.
6. CMAS korozyon direncinin iyileştirilmesi
– Büyük parçacık yapısı: CMAS eriyik penetrasyon hızını azaltın ve doping modifikasyonu (Al₂O₃/Ta₂O₅ gibi) korozyonu daha da geciktirebilir.
İtriyumla stabilize edilmiş zirkonyum (11-125 μm), yüksek sıcaklık faz kararlılığı, ısı yalıtımı, termal şok direnci ve proses dostu olması nedeniyle uçak motoru ve gaz türbini kanatlarının TBC’si için tercih edilen malzeme haline gelmiştir.
