Tianjin Üniversitesi’nden araştırmacılar, termal bariyer kaplamalarını çevresel korozyona karşı korumak için yeni stratejiler geliştirdiler.
Bugüne kadar yapılan araştırmalar, CMAS cam iskeletinin oluşumunda SiO2, CaO, MgO ve Al2O3’ün rolüne odaklanırken, Fe2O3’ün rolü genellikle göz ardı edildi. Ayrıca, Gd2Zr2O7 kaplamalarının Fe içeren çevresel tortular altında korozyon davranışı henüz net değil. Journal of Advanced Ceramics dergisinde yayımlanan bir çalışmada, Fe’nin CMAS-Fe silikat cam iskeleti üzerindeki etkisi araştırılıyor ve Fe bakımından zengin çevresel tortular altında Gd2Zr2O7 kaplamalarının mikro yapısal evrimi ve korozyon bozunma davranışı inceleniyor.
Fe’nin varlığı, CMAS silikat cam iskeletinin yapısını değiştirerek erime noktasını ve eriyiğin viskozitesini etkileyebilir: Tianjin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi’nde doçent olan makalenin kıdemli yazarı Lei Guo, “CMAS-Fe, temel cam is - kelet yapısı olarak hala [SiO4] tetrahedra korur. Fe, CMAS-Fe camında ağ arayüzeli bir element olarak görev yapar ve cam iskeletinin oluşumuna katılan tetrahedronlar [FeO4] oluşturabilir, bu da CMASFe’nin erime noktasını artırır,” diye ekledi.
Termal bariyer kaplamaları alanında kıdemli bir uzman olan Dr. Guo açıklamasını sürdürdü: “Ancak, yüksek sıcaklıklarda, [FeO4] tetrahedronlarının oktahedral yapılara [FeO6] dönüşmesi, camın polimerizasyonunu bozar. Bu nedenle, Fe içeriği ne kadar yüksekse, CMAS-Fe’nin yüksek sıcaklık viskozitesi o kadar düşük olur.”
Gd2Zr2O7 kaplaması, son derece düşük ısı iletkenliğine, uygun bir termal genleşme katsayısına ve termal olarak kararlı yüksek sıcaklık faz yapısına ve 1.400 °C’yi aşan sıcaklıklara dayanabilecek yeni bir TBC malzemesi olarak olağanüstü bir potansiyele sahip. Çalışma, kaplamanın CMAS-Fe’nin çeşitli bileşenlerine maruz bırakıldığında ilginç bulgular üretti. “Kristalizasyon ürünlerinin çökelmesi, Fe içeriği ve korozyon süresine bağlı olarak Gd2Zr2O7 kaplamasının CMAS-Fe’ye karşı korozyon direncini etkiler. İlk korozyon sırasında, yüksek Ca:Si oranı anortit çökelmesini kolaylaştırır ve böylece eriyiğin viskozitesini artırır,” diyen Lei Guo sözlerini şu şekilde sürdürdü, “Yüksek Fe içeriği ise Fegarnet çökelmesini teşvik eder. Uzun süreli korozyon, Gdoksiyapatit, ZrO2 ve kalan CMAS-Fe’den oluşan bir iç içe geçen ağ yapısı ile sonuçlanır. Daha yüksek Fe içeriğine sahip CMAS-Fe saldırısı, kristalizasyon ürünlerinin daha ciddi şekilde bozulmasına yol açar.”
CMAS-Fe çevrimsel korozyon şartlarında, Gd2Zr2O7 kaplamalarının performansı tatmin edici değildir. Lei Guo, “İç içe geçen ağda kalan CMAS-Fe, yeniden biriken CMAS-Fe sızması için bir yol sağlar. Kristalizasyon ürünlerinin çökelmesi, eriyiğin bileşimini etkileyerek erime viskozitesini ve sızma hızını önemli ölçüde etkiler,” şeklinde konuştu.
Gd2Zr2O7 kaplamaları, kendini tüketme yoluyla eriyiğin zararlı etkilerini hafifletir ve bu da reaksiyon tabakasının sürekli büyümesine ve kaplama performansında bozulmaya neden olur. Çevresel tortu korozyonuna karşı yeni TBC malzemesi geliştirme bağlamında, çeşitli bileşenlerin etkisini kapsamlı bir şekilde ele almak çok önemlidir. Bu nedenle, belirli çevresel tortu bileşenlerinin TBC’lerin korozyon direnci üzerindeki mekanik etkisini keşfetmek için daha hassas araştırmalar gerekmektedir.
Bu, belirli yerel koşullara uyarlanmış TBC modifikasyon stratejilerinin geliştirilmesine katkı sağlar. Bu temele dayanarak, Guo ayrıca kaplamaların modifikasyonu konusunda nadir toprak elementleri ekleyerek bileşim modifikasyonu, üst katman lazer cilalama işlemi ve kompozit kaplama yapısı tasarımı gibi bazı umut verici geliştirme yönleri ortaya koydu.
