Systematic Approach to Optimize Technological and Economical Aspects of Atmospheric Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings

材料科学 热障涂层 多孔性 大气压等离子体 涂层 微观结构 沉积(地质) 立方氧化锆 复合材料 氧化钇稳定氧化锆 等离子体 热喷涂 扫描电子显微镜 陶瓷 生物 物理 古生物学 量子力学 沉积物
作者
Jens Igel,Georg Mauer,Olivier Guillon,Robert Vaßen
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:26 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adem.202300623
摘要

Plasma‐sprayed yttria‐stabilized zirconia coatings have been used in gas turbines for decades. They are applied for thermal insulation to increase operating temperature and hence efficiency and component's lifetime. To keep manufacturing costs low, especially deposition efficiency is important. However, increasing it is also related to a reduction in porosity, affecting the insulating properties of the layer. To find an optimal combination of efficiency and technological performance, a systematic study of the most affecting parameters of the atmospheric plasma spraying process is conducted, using response surface methodology. In detail, the influence of current, spraying distance, and hydrogen gas flow is investigated with respect to the deposition efficiency, porosity, microstructure, and mechanical properties of the coatings. Characterization is carried out by scanning electron microscopy, microindentation tests, and three‐point bending tests. The models generated based on these measured properties allow predictions of the system responses for any parameter variation in the investigated design space. In addition, a numerical model is developed for targeted optimization of the coating properties. This can be used to produce optimized coatings for load‐flexible gas turbines with high deposition efficiency, high porosity, and at the same time advantageous mechanical properties.

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