Vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost suspenzních plazmově stříkaných povlakových tepelných bariér

Tepelné povlakové bariéry (TBC) jsou široce používány v motorech plynových turbín pro výrobu energie. V posledních letech byla zavedena aplikace TBC v automobilovém průmyslu ke zlepšení účinnosti motoru. Nízká tepelná vodivost a vysoká životnost jsou požadované vlastnosti povlaku jak pro motory s plynovou turbínou, tak pro automobily. Suspenzní plazmové nástřiky (SPS) umožňují sloupcovou mikrostrukturu, která kombinuje obě vlastnosti. Může však být náročné nanést jednotnou sloupcovou mikrostrukturu na komplexní geometrii, jako je součást plynové turbíny nebo hlava pístu, a dosáhnout podobných vlastností povlaku na všech površích. Cílem této práce bylo prozkoumat vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost TBC produkovaných SPS. Za tímto účelem byly SPS TBC naneseny na vzorky s použitím různých úhlů nástřiku. Mikrostruktury povlaků byly analyzovány obrazovou analýzou na tloušťku, poréznost a hustotu sloupce. U každého TBC byly hodnoceny tepelné a optické vlastnosti. U všech zkoumaných TBC byly provedeny testy životnosti, speciálně navržené pro tyto dvě aplikace. Výsledky životnosti byly analyzovány s ohledem na mikrostrukturu TBC a tepelné a optické vlastnosti. Toto zkoumání ukázalo, že existuje limit úhlu nástřiku, který dosahuje nejlepšího kompromisu mezi mikrostrukturou TBC, tepelnými vlastnostmi, optickými vlastnostmi a životností.Thermal barrier coatings (TBCs) are widely utilized in gas turbine engines for power generation. In recent years, the application of TBCs in automotive has been introduced to improve engine efficiency. Low thermal conductivity and high durability are desired coating properties for both gas turbine engines and automotive. Also, suspension plasma spraying (SPS) permits a columnar microstructure that combines both properties. However, it can be challenging to deposit a uniform columnar microstructure on a complex geometry, such as a gas turbine component or piston head, and achieve similar coating characteristics on all surfaces. This work’s objective was to investigate the influence of spray angle on the microstructure and lifetime of TBCs produced by SPS. For this purpose, SPS TBCs were deposited on specimens using different spray angles. The microstructures of the coatings were analyzed by image analysis for thickness, porosity, and column density. Thermal and optical properties were evaluated on each TBC. Lifetime tests, specifically designed for the two applications, were performed on all investigated TBCs. The lifetime results were analyzed with respect to the TBC microstructure and thermal and optical properties. This investigation showed that there is a limit to the spray angle that achieves the best compromise between TBC microstructure, thermal properties, optical properties, and lifetime