.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Получение и исследование жаростойкости градиентного теплозащитного материала NiAl‒ZrO2 для суперсплавов
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-38-44
Аннотация
В настоящей работе метод искрового плазменного спекания (ИПС) был использован для получения функционально градиентного теплозащитного материала на основе алюминида никеля (ВКНА) и оксида циркония (YSZ). Послойно расположенные порошки ВКНА / смеси ВКНА с 15 (30) % YSZ/YSZ консолидировали в графитовой матрице при 1070°С в атмосфере вакуума в течение 5 мин при давлении 30 МПа. Установлено, что спеченный материал обладает хорошей адгезией слоев, межслойные границы отсутствуют. Для проверки функциональности материала проведены термоциклические испытания при 1100°С на воздухе. Результаты показали, что материал, содержащий подслой ВКНА + + 30 % YSZ, обладает лучшей термостойкостью.
Об авторах
С. А. ОглезневаРоссия
д. т. н.,
г. Пермь
А. А. Сметкин
Россия
к. т. н.,
г. Пермь
М. Н. Каченюк
Россия
к. т. н.,
г. Пермь
В. Б. Кульметьева
Россия
к. т. н.,
г. Пермь
Список литературы
1. Saleh, B. 30 years of functionally graded materials: an overview of manufacturing methods, applications and future challenges / B. Saleh, J. Jiang, R. Fathi [et al.] // Composites. Part B: Engineering. ― 2020. ― Vol. 201. ― P. 1‒46. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108376.
2. Besisa, D. H. Advances in functionally graded ceramics ― processing, sintering properties and applications / D. H. Besisa, E. M. Ewais // Advances in Functionally Graded Materials and Structures. ― L.: IntechOpen, 2016 [Online]. Available: https://www.intechopen.com/chapters/50055 doi: 10.5772/62612.
3. Sobczak, J. J. Metal based functionally graded materials / J. J. Sobczak, L. B. Drenchev // Bentham Science Publishers. ― 2009. https://doi.org/10.2174/97816080503831090101.
4. Li, W. Research and application of functionally gradient materials / W. Li, B. Han // IOP conference series: materials science and engineering / IOP Publishing. ― 2018. ― Vol. 394, № 2. ― P. 22‒65. doi: 10.1088/1757-899X/394/2/022065.
5. Azeem, P. Fabrication and mechanical properties of functionally graded materials: a review / P. Azeem, B. M. Rajaprakash // Materials Today: Proceedings. ― 2022. ― Vol. 52, part 3. ― P. 337‒387. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.066.
6. Judе, S. A. A. Thermal barrier coatings for hightemperature application on superalloy substrates ― a review / S. A. A. Jude, J. T. Winowlin Jappes, M. Adamkhan // Materials Today: Proceedings. ― 2022. ― Vol.60, part 3. ― P. 1670‒1675. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.223.
7. Abbas, M. R. M. R. Microstructural evaluation of a slurry based Ni/YSZ thermal barrier coating for automotive turbocharger turbine application / M. R. M. R. Abbas, M. B. Uday, Alias Mohd Noor, Norhayati Ahmad, Srithar Rajoo // Materials & Design. ― 2016. ― Vol. 109. ― P. 47‒56. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.07.070.
8. Vagge, S. T. Thermal barrier coatings: review / S. T. Vagge, Suraj Ghogare // Materials Today: Proceedings. ― 2022. ― Vol. 56, part 3. ― P. 1201‒1216. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.170.
9. Thakare, J. G. Thermal barrier coatings — a state of the art review / J. G. Thakare, C. Pandey, M. M. Mahapatra, R. S. Mulik // Met. Mater. Int. ― 2021. ― Vol. 27. ― P. 1947‒1968. https://doi.org/10.1007/s12540-020-00705-w.
10. Naebe, М. М. Functionally graded materials: a review of fabrication and properties / M. M. Naebe, K. Shirvanimoghaddam // Applied Materials Today. ― 2016. ― Vol. 5. ― P. 223‒245. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2016.10.001.
11. Sam, M. Progression in manufacturing of functionally graded materials and impact of thermal treatment ― a critical review / M. Sam, R. Jojith, N. Radhika // Journal of Manufacturing Processes. ― 2021. ― Vol. 68, part A. ― P. 1339‒1377. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.062.
12. Allahyarzadeh, M. H. Gradient electrodeposition of Ni—Cu‒W (alumina) nanocomposite coating / M. H. Allahyarzadeh, M. Aliofkhazraei, A. R. Sabour Rouhaghdam, V. Torabinejad // Materials & Design. ― 2016. ― Vol. 107. ― P. 74‒81. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.06.019.
13. Zhang, C. Additive manufacturing of functionally graded materials: a review / C. Zhang, F. Chen, Z. Huang [et al.] // Mater. Sci. Eng., A. ― 2019. ― Vol. 764. ― P. 138‒167. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138209.
14. Tenuta, E. Material properties and mechanical behaviour of functionally graded steel produced by wire-arc additive manufacturing / E. Tenuta, A. Nycz, M. Noakes, S. Simunovic, M. H. A. Piro // Additive Manufacturing. ― 2021. ― Vol. 46. ― P. 1‒17. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102175.
15. Li, K. A functionally graded material design from stainless steel to Ni-based superalloy by laser metal deposition coupled with thermodynamic prediction / K. Li, J. Zhan, M. Zhang [et al.] // Materials & Design. ― 2022. ― Vol. 217. ― P. 1‒11. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110612.
16. Hu, Z.-Y. A review of multi-physical fields induced phenomena and effects in spark plasma sintering: Fundamentals and applications / Z.-Y. Hu, Z.-H. Zhang, X. Cheng [et al.] // Materials & Design. ― 2020. ― Vol. 191. ― P. 1–54. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108662.
17. Cavaliere, P. Spark plasma sintering: process fundamentals / Р. Cavaliere, B. Sadeghi, A. Shabani // Spark Plasma Sintering of Materials. Springer, Cham. ― 2019. ― P. 3–20. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05327-7_1.
18. Bose, S. Chapter 7 ― thermal barrier coatings (TBCs) / S. Bose // High Temperature Coatings (Second Edition). ― Butterworth-Heinemann, 2018. ― P. 199‒299. https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-804622-7.00007-3.
19. Liu, B. Advances on strategies for searching for next generation thermal barrier coating materials / B. Liu, Y. Liu, C. Zhu [et al.] // J. Mater. Sci. Technol. ― 2019. ― Vol. 35, issue 5. ― P. 833‒851. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.11.016.
20. Clarke, D. R. Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines / D. R. Clarke, M. Oechsner, N. P. Padture // MRS Bulletin. ― 2012. ― Vol. 37. ― P. 891–898. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.232.
21. Kul'met'eva, V. B. Synthesis of nanocrystalline zirconium dioxide stabilized with yttrium oxide for lowtemperature sintering / V. B. Kul'met'eva, S. E. Porozova, E. S. Gnedina // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. ― 2013. ― Vol. 54, № 3. ― P. 239‒245. DOI: 10.3103/S1067821213030097.
22. Abdelgawad, A. Effect of TGO thickness, pores, and creep on the developed residual stresses in thermal barrier coatings under cyclic loading using SEM imagebased finite element model / A. Abdelgawad, K. Al-Athel // Ceram. Int. ― 2021. ― Vol. 47, issue 14. ― P. 20064‒20076. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.336.
23. Mohammadzaki Goudarzi, Z. Effect of functionally graded structure design on durability and thermal insulation capacity of plasma-sprayed thick thermal barrier coating / Z. Mohammadzaki Goudarzi, Z. Valefi, P. Zamani // Ceram. Int. ― 2021. ― Vol. 47, issue 24. ― P. 34361‒34379. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.349.
24. Daroonparvar, M. Improvement of thermally grown oxide layer in thermal barrier coating systems with nano alumina as third layer / M. Daroonparvar, M. A. M Yajid, N. M. Yusof, M. S. Hussain // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. ― 2013. ― Vol. 23. ― P. 1322‒1333. https://doi.org/10.1155/2013/520104.
25. Yajid, M. A. M. Formation of a dense and continuous Al2O3 layer in nano thermal barrier coating systems for the suppression of spinel growth on the Al2O3 oxide scale during oxidation / M. A. M. Yajid, N. M. Yusof, M. S. Hussain // J. Alloys Compd. ― 2013. ― Vol. 571. ― P. 205‒220. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.168.
26. Mahalingam, S. Thermal stability of rare earth-PYSZ thermal barrier coating with high-resolution transmission electron microscopy / S. Mahalingam, A. Manap, nS. Yunus, N. Afandi // Coatings. ― 2020. ― Vol. 10. ― Article № 1206. DOI: 10.3390/coatings10121206.
27. Kumar, A. Nano-micro-structured 6–8 % YSZ thermal barrier coatings: a comprehensive review of comparative performance analysis / A. Kumar, J. Moledina, Y. Liu, K. Chen, P. C. Patnaik // Coatings. ― 2021. ― Vol. 11(12). ― P. 1474. https://doi.org/10.3390/coatings11121474.
28. Будиновский, С. А. Основные механизмы разрушения керамического слоя теплозащитных покрытий (обзор) / С. А. Будиновский, П. А. Стехов, О. Н. Доронин, Н. И. Артеменко // Труды ВИАМ. ― 2019. ― № 2. ― С. 105‒112. dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-2-105-112.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Оглезнева С.А., Сметкин А.А., Каченюк М.Н., Кульметьева В.Б. Получение и исследование жаростойкости градиентного теплозащитного материала NiAl‒ZrO2 для суперсплавов. Новые огнеупоры. 2022;(10):38-44. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-38-44
For citation: Oglezneva S.A., Smetkin A.A., Kachenyuk M.N., Kulmetyeva V.B. Forming and heat resistance study of NiAl‒ZrO2 gradient thermal barrier material for superalloys. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2022;(10):38-44. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-38-44
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.