مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل تجربی و عددی واماندگی پوشش‌های سد حرارتی تحت بارگذاری خستگی حرارتی

نویسندگان
1 عضو هیات علمی/استادیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
پوشش‌های سد حرارتی به عنوان محافظ حرارتی در قطعاتی که در شرایط کاری دمای بالا کار می‌کنند، استفاده می‌شوند. این پوشش‌ها عموما شامل سه لایه‌ی به ترتیب پوشش فوقانی سرامیکی، لایه‌ی اکسید رشدکننده و لایه‌ی پوشش پیوندی می‌باشند. با توجه به فرآیند ساخت و ساختار ویژه پوشش‌های سد حرارتی این پوشش‌ها، متاثر از بارگذاری‌های روی قطعه پوشش‌داده‌شده می‌باشد. در این مقاله واماندگی این پوشش‌ها تحت بارگذاری خستگی حرارتی به روش عددی و تجربی بررسی شده‌است. نمونه‌ای از جنس اینکونل 617 که به روش پاشش هوا-پلاسما پوشش‌دهی شده‌ و با استفاده از یک دستگاه تست با قابلیت اعمال بار خمشی چهارنقطه‌ای معلوم، تحت آزمایش خستگی حرارتی با دمای بیشینه‌ی سیکل oC 1170 به همراه بار خمشی مکانیکی ثابت Nmm 7500 قرار گرفته‌است. آزمایش خستگی حرارتی تا ریزش پوشش‌ها ادامه داشته که در حین انجام آزمایش‌ها دمای روی سطوح نمونه اندازه‌گیری شده‌است. مدلسازی اجزا محدود با نرم‌افزار آباکوس برای شبیه‌سازی شرایط بارگذاری حرارتی و مکانیکی آزمایش، انجام‌شده و از خواص ناحیه‌ی چسبنده برای مدلسازی جدایش پوشش فوقانی و واماندگی پوشش استفاده شده‌است. در انتها با انجام سعی و خطا در مقادیر خواص چسبنده نتایج اجزا محدود بر نتایج آزمایش منطبق شده و خواص چسبندگی بین‌سطحی برای این پوشش‌ها براین اساس تخمین زده شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Analysis of Thermal Barrier Coatings Failure under Thermal Fatigue Loading

نویسندگان English

Soheil Nokhodchi 1
Hossein Ebrahimi 2
چکیده English

Thermal Barrier Coatings are used as thermal protective of parts using under high temperature circumstance. These coatings usually include three layers respectively: ceramic top coat, grown oxide layer and bond coat. Due to manufacturing process and special structure of thermal barrier coatings, failure mechanisms of these coatings are affected by applied loads on coated part. In this paper failure of these coating under thermal fatigue was studied numerically and experimentally. A specimen of Inconel 617 which were coated by air plasma method and it was tested in a test setup with capability of applying four point bending load, under thermal fatigue experiment with the maximum temperature of 1170 oC in addition to constant bending load with the magnitude of 7500 Nmm. Thermal fatigue test was contined until coating spallation and temperature of specimen surfaces was measured during the test. Finite elements modeling was performed by ABAQUS to simulate the experiments thermal and mechanical loading conditions with using cohesive zone model to model top coat delamination and failure. Finally with a little change in the model, was attempted to adapt the bending magnitude of the specimen from model on experiment result to estimate interfacial cohesive properties for these coatings from finite elements results.

کلیدواژه‌ها English

Thermal Barrier Coating
Failure Mechanisms
Thermomechanical Fatigue Experiment
Cohesive zone model