Ưu điểm của bột YSZ 11-125um dùng cho lớp phủ chắn nhiệt cho cánh quạt động cơ
Khi bột zirconia ổn định yttri (bột YSZ, thường là 8% Y₂O₃-ZrO₂) được sử dụng trong lớp phủ chắn nhiệt (TBC) của cánh động cơ có kích thước hạt từ 11-125μm, nó có những ưu điểm đáng kể sau:
1. Hiệu suất dẫn nhiệt và cách nhiệt tuyệt vời
– Độ dẫn nhiệt thấp (2,2-2,9 W/m·K): giúp giảm nhiệt độ kim loại cơ bản một cách hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của lưỡi dao.
– Hệ số giãn nở nhiệt cao (10-11×10⁻⁶/K): gần với nền hợp kim chịu nhiệt độ cao gốc niken, làm giảm ứng suất giao diện trong quá trình tuần hoàn nhiệt.
2. Độ ổn định pha ở nhiệt độ cao
– Pha bán bền tứ phương (pha t’): ổn định lâu dài ở 1200-1400°C, tránh hiện tượng giãn nở thể tích và nứt lớp phủ do chuyển sang pha đơn nghiêng (pha m) trong quá trình làm mát. Bột YSZ 8% mol trơ về mặt hóa học trong môi trường đốt cháy hydrocarbon của động cơ tua bin khí.
– Hiệu ứng pha tạp Yttri: Y₂O₃ ức chế quá trình chuyển pha và cải thiện độ tin cậy của lớp phủ khi hoạt động ở nhiệt độ cao.
3. Khả năng chịu sốc nhiệt tốt
– Độ bền gãy cao: hấp thụ năng lượng thông qua cơ chế làm bền chuyển pha (chuyển pha t→m do ứng suất) để làm chậm quá trình lan truyền vết nứt.
– Thiết kế kích thước hạt tối ưu: Bột 11-125μm cân bằng mật độ lớp phủ (giảm độ xốp) và khả năng chịu biến dạng (độ xốp thích hợp để giảm ứng suất).
4. Khả năng chống thiêu kết và ổn định hóa học tuyệt vời
– Khả năng chịu thiêu kết ở nhiệt độ cao: kích thước hạt thô (125μm) làm giảm diện tích bề mặt riêng và ức chế quá trình cứng lại của lớp phủ do sự phát triển quá mức của hạt ở nhiệt độ cao (>1200°C).
– Tính trơ về mặt hóa học: chống ăn mòn CMAS (canxi magie nhôm silicat) trong khí cháy và chống xói mòn trong môi trường oxy hóa.
5. Khả năng thích ứng của quy trình
– Thích hợp cho phun plasma (APS) hoặc phun ngọn lửa: Phạm vi kích thước hạt 11-125μm đảm bảo tính lưu động của bột và tạo thành lớp phủ đồng nhất (độ dày thông thường 100-500μm).
– Hiệu suất lắng đọng cao: các hạt thô làm giảm tỷ lệ các hạt không tan chảy trong quá trình phun và cải thiện cường độ liên kết của lớp phủ.
6. Cải thiện khả năng chống ăn mòn của CMAS
– Cấu trúc hạt lớn: Giảm tốc độ thâm nhập nóng chảy của CMAS và việc sửa đổi pha tạp (như Al₂O₃/Ta₂O₅) có thể làm chậm quá trình ăn mòn hơn nữa.
Zirconia ổn định bằng yttri (11-125μm) đã trở thành vật liệu được ưa chuộng cho TBC của động cơ máy bay và cánh tua bin khí do có độ ổn định pha ở nhiệt độ cao, cách nhiệt, chống sốc nhiệt và thân thiện với quy trình.
