Badania mikrostruktury oraz wybranych właściwości powłok stabilizowanego tlenku cyrkonu wytwarzanych metodą natryskiwania plazmowego z zawiesin; The characterization of microstructure and selected properties of zirconia coatings obtained by suspension

Paweł Sokołowski, Leszek Łatka, Andrzej Ambroziak

Abstrakt


Powłoki ceramiczne na bazie tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (Y2O3) są stosowane głównie jako bariery cieplne na powierzchniach elementów narażonych na działanie bardzo wysokich temperatur, m.in. łopatek turbin gazowych. Przeprowadzone badania pre- zentują możliwości wytworzenia omawianych powłok z użyciem nowej metody – natryskiwania plazmowego z zawiesin. w celu wytworzenia powłok użyto proszku o handlowej nazwie Tosoh TZ-8YS o składzie chemicznym ZrO2 + 8% mol. Y2O3 oraz submikrometrycznej wielkości cząsteczek. Proces natryskiwania został przeprowadzony z użyciem dwóch stanowisk do natryskiwania, wyposażonych w różne palniki plazmowe (SG-100 firmy Praixair oraz Triplex firmy SulzerMetco). w celu określenia mikrostruktury powłok zostały wykonane badania na mikroskopie świetlnym, skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM) oraz dyfraktometria rentgenowska (XRD). Ponadto wykonano badania wybranych właściwości mechanicznych, m.in. przyczepności oraz kohezji powłok metodą testu zarysowania.

Abstract

Ceramic coatings based on yttria stabilized zirconia, YSZ, are mainly used as thermal barrier coatings on the surfaces of components exposed to very high temperatures, e.g. gas turbine blades. The presented researches are focused on suspension plasma spraying, SPS, which can be used to produce above mentioned coatings. The commercial powder Tosoh TZ-8YS with a chemical composition of ZrO2 + 8% mol. Y2O3 and sub- micrometric particles size was used to prepare the coatings. The spraying process was carried out with the use of two different spraying platforms, equipped with two different plasma torches (SG-100 of Praixair and Triplex of SulzerMetco). To characterize the microstructure of coatings the optical microscopy, SEM microscopy and XRD diffractometry were used. Moreover, some mechanical properties, like adhesion and cohesion of coatings by scratch test method were also measured. 


Słowa kluczowe


natryskiwanie plazmowe z zawiesin; stabilizowany tlenek cyrkonu; badania mikrostruktury; test zarysowania; Suspension Plasma Spraying; stabilized zirconia; microstructure characterization; scratch test

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia


Kelsall R.w., Hamley I.w., Geoghegan M.: Nanotechnologie, PWN, Warszawa, 2008.

Pawłowski L.: The science and engineering of thermal spray coatings, 2nd ed. Wiley, Chichester, England, 2008.

Gitzhofer F., Bouyer E.: Boulos M.I., Suspension plasma spraying, US Patent no. 5 609 921, 1997.

Lima R.S., Marple B.R.: Thermal spray coatings engineered from nanostructured ceramic aglomerated for structural, thermal barrier and biomedical applications: a review, Journal of Thermal Spray Technology, 16 (2007), 40-63.

Clake D.R., Levi C.G.: Materials design for the next generation thermal barrier coatings, Annual Review of Materials Science, 33 (2003), 383-417.

Delbos C., Fazilleau J., Rat V., Coudert J.F., Fauchais P., Pateyron B.: Phenomena in-volved in suspension plasma spraying, part 2: zirconia particle treatment and coating formation, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 26 (2006), 393-414.

Fauchais P., Etchart-Salas R., Rat V., Coudert J.F., Caron n., wittmann-Teneze K.: Parameters controlling liquid plasma spraying: solutions, sols or suspensions, Journal of Thermal Spray Technology, 17 (2008), 31-59.

Pawłowski L.: Finely grained nanometric and submicrome- tric coatings by thermal spraying: A review, Surface and Coatings Technology, 202 (2008), 4318-4328.

Łatka L., Kozerski S., Pawłowski L., Chicot D.: właściwości mechaniczne warstw hydroksyapatytu natryskanych plazmowo z zawiesin, Przegląd Spawalnictwa, 9 (2012), 73-78.

Kozerski S., Pawłowski L., Jaworski R., Roudet F., Petit F.: Two zones microstructure of suspension plasma sprayed hydroxyapatite coatings, Surface and Coatings Technology, 204 (2010) 1380-1387.

Łatka L., Goryachev S., Kozerski S., Pawłowski L.: Sintering of fine particles in suspension plasma sprayed coatings, Materials (open access journal) 3 (2007), 3845-3866.

Vassen R., Kassner H., Mauer G., Stoever D.: Suspension plasma spraying: process characteristics and applications, Journal of Thermal Spray Technology, 19 (2010), 219-225.

Killinger A., Gadow R., Mauer G., Guignard A., Vassen R., Stover D.: Review of new developments in suspension and solution precursor thermal spray processes, Journal of Thermal Spray Technology, 20 (2011), 677-695.

Fauchais P., Montavon G.: Latest developments in suspen- sion and liquid precursor thermal spraying, Journal of Thermal Spray Technology, 19 (2010), 226-239.

Vassen R., Stoever D.: Conventional and new materials for thermal barrier coatings in functional gradient materials and surface layers prepared by fine particles technology, NATO Science Series, 16 (2001), 199-216.

Cao X.Q., Vassen R., Stoever D.: Ceramic materials for ther- mal barrier coatings, Journal of the European Ceramic Society, 24 (2004), 1-10.

Pawłowski L.: Strategic oxides for thermal spraying: pro- blems of availability and evolution of prices, Surface and Coatings Technology, 220 (2013), 14-19.

Jordan E.H., Xie L., Ma X., Gell M., Padture N.P., Cetegen B., Oztruk A., Roth J., Xiao T.D., Bryant P.E.C.: Superior thermal barrier coatings using solution precursor plasma spray, Journal of Thermal Spray Technology, 13 (2004), 57-65.

Bacciochini A., Ben-Ettouil F., Brousse E., Ilavsky J., Montavon G., Denoirjean A., Valette S., Fauchais P.: Quantification of void network of as-sprayed and annealed nanostructured YSZ deposits manufactured by suspension plasma spraying, Surface and Coatings Technology, 205 (2010), 683-689.

Padture n.P., Schlichting K.w., Bhaitia T., Oztruk A., Cetegen B., Jordan E.H., Gell M., Jiang S., Xiao T.D., Strutt P.R., Garcia E., Miranzo P., Osendi M.I.: Towards durable thermal barrier coatings with novel microstructures deposited by solution precursor plasma spray, ActaMaterialia, 49 (2001), 2251-2257.

American Ceramic Society, Progress in thermal barrier coatings, wiley, Chichester, England, 2009.

Zetasizer nano Series, chapter 16, Zeta Potential theory.

Łatka L., Cattini A., Pawłowski L., Valette S., Patezron B., Lecompte J.P. ,Kumar R., Denoirjean A.Ł.: Thermal diffusivity and conductivity of yttria stabilized zirconia coatings obtained by suspension plasma spraying, Surface and Coatings

Technology, 208 (2012), 87-91.




DOI: http://dx.doi.org/10.26628/wtr.v86i6.71

Refbacks

  • There are currently no refbacks.