Influence of spray angle on microstructure and lifetime of suspension plasma-sprayed thermal barrier coatings

Abstract

Tepelné povlakové bariéry (TBC) jsou široce používány v motorech plynových turbín pro výrobu energie. V posledních letech byla zavedena aplikace TBC v automobilovém průmyslu ke zlepšení účinnosti motoru. Nízká tepelná vodivost a vysoká životnost jsou požadované vlastnosti povlaku jak pro motory s plynovou turbínou, tak pro automobily. Suspenzní plazmové nástřiky (SPS) umožňují sloupcovou mikrostrukturu, která kombinuje obě vlastnosti. Může však být náročné nanést jednotnou sloupcovou mikrostrukturu na komplexní geometrii, jako je součást plynové turbíny nebo hlava pístu, a dosáhnout podobných vlastností povlaku na všech površích. Cílem této práce bylo prozkoumat vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost TBC produkovaných SPS. Za tímto účelem byly SPS TBC naneseny na vzorky s použitím různých úhlů nástřiku. Mikrostruktury povlaků byly analyzovány obrazovou analýzou na tloušťku, poréznost a hustotu sloupce. U každého TBC byly hodnoceny tepelné a optické vlastnosti. U všech zkoumaných TBC byly provedeny testy životnosti, speciálně navržené pro tyto dvě aplikace. Výsledky životnosti byly analyzovány s ohledem na mikrostrukturu TBC a tepelné a optické vlastnosti. Toto zkoumání ukázalo, že existuje limit úhlu nástřiku, který dosahuje nejlepšího kompromisu mezi mikrostrukturou TBC, tepelnými vlastnostmi, optickými vlastnostmi a životností.