توسعه سیستم پوشش های سد حرارتی (tbcs) در اوایل دهه ی 80 میلادی این امکان را برای طراحان فراهم نمود تا حدود °c 150 دمای گاز ورودی توربین های گازی را افزایش دهند. در این سیستم ها، نوع و مقاومت لایه پیوند نقش کلیدی در مکانیزم تخریب پوشش های سد حرارتی دارد. در این تحقیق عملکرد سیستم پوشش al-tbc، alsi-tbc و ptal-tbc بر روی سوپرآلیاژ پایه نیکل in-738lc در شرایط شوک حرارتی بررسی شده است. ابتدا لایه پیوند آلومیناید ساده به روش آلومینایزینگ نوع ltha، سیلیسیم آلومیناید به روش دوغابی و پلاتین آلومیناید به روش آبکاری الکتریکی و آلومینایزینگ نوع ltha بر روی نمونه های با صافی سطح 8 میکرون (ra) اعمال و سپس پوشش سرامیکی zro2-8%y2o3 (ysz) به روش aps به عنوان پوشش tbc فوقانی اعمال گردید. آزمایش شوک حرارتی شامل تکرار 120 سیکل سرمایش-گرمایش سریع بین دمای °c 1100 و دمای محیط بود. بررسی چشمی پوشش پس از سیکل های مختلف نشان داد که اولین ترک ماکروسکوپی در نمونه های با لایه پیوند آلومیناید ساده سیکل 34ام ظاهر می گردد. در حالیکه در نمونه های با لایه پیوند سیلیسیم آلومیناید چنین ترکی پس از 120 سیکل مشاهده نشد. نتایج نشان داد که مکانیزم ratcheting به معنی نفوذ موضعی tgo به درون لایه پیوندی عامل اصلی ایجاد و توسعه ترک ها در لایه ysz و ایجاد جدایش های ماکروسکوپی در این لایه بوده است. افزایش ضخامت tgo، افزایش ضخامت ناحیه نفوذ بینابینی (iz) در فصل مشترک لایه پیوندی با آلیاژ زیری و تغییر فاز ?-nial??-ni3al در لایه پیوندی از دیگر آثار تخریبی مشاهده شده در مورد سیستم ysz بود.

مواد مورد استفاده در پره های توربین گازی باید قابلیت کارکرد در محیط گازهای داغ ناشی از احتراق سوخت (بالاتر از oc 1000) و اکسیژن را دارا باشند. مقاومت پایین سوپر آلیاژها در برابر اکسیداسیون و خوردگی داغ، زمینه ساز ورود مهندسی سطح به منظور افزایش مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی داغ اجزای توربین گازی گردید. اصلاح سطح اجزا توسط اعمال پوششهای نفوذی، روکشی و سد حرارتی عمده ترین روشهای افزایش مقاومت اجزاء مورد استفاده در دمای بالا محسوب می شود. موارد مورد بررسی در این تحقیق را می توان در سه مرحله به صورت زیر بیان نمود. در مرحله اول پوششهای معمولی و با شیب عملکردی conicralysi با استفاده از تکنیکهای lvps و hvof و فرایند نفوذی آلومینایزینگ (سمانتاسیون پودری)، بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل in738lc، ایجاد گردید. در مرحله دوم پوشش با شیب عملکردی سد حرارتی ysz-al2o3 توسط تکنیک aps روی پوششهای شیب عملکردی conicralysi اعمال گردید. در مرحله پایانی، رفتار اکسیداسیون سیکلی، خوردگی داغ و شوک حرارتی پوششها در دمای بالا مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. رفتار خوردگی داغ پوششها در حضور نمک na2so4-20wt.% navo3 و دمای °c 880 بر روی نمونه ها صورت گرفت. سرعت خوردگی داغ پوششها به وسیله اندازهگیری تغییر وزن نمونهها بعد از هر سیکل (20 ساعت) مشخص گردید. رفتار اکسیداسیون سیکلی با اعمال 300 سیکل و با حرارت دادن نمونهها به مدت یک ساعت در دمای °c1100 و سرد کردن به وسیله جریان هوا تا دمای محیط مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. آزمون شوک حرارتی روی پوششها نیز با سرد کردن سریع نمونهها از دمای °c1100 در آب و اندازه گیری وزن آنها در هر سیکل انجام گرفت. تعیین نرخ اکسیداسیون، آنالیز فازهای سطحی تشکیل شده، توزیع عناصر در پوشش، ریز ساختار، مورفولوژی لایه اکسیدی و تغییرات فازی با استفاده از تکنیکهای اندازه گیری وزن، xrd، sem، eds و epma در مراحل مختلف آزمایش روی نمونه ها انجام گرفت. بالا بودن درصد فاز ?-nial به عنوان منبع تأمین کننده آلومینیوم منجر به بهبود روند تشکیل لایه اکسیدی در پوششهای با شیب عملکردی گردید. نفوذ به داخل آلومینیوم و نفوذ به بیرون نیکل و کبالت در حین عملیات سمانتاسیون پودری منجر افزایش درصد آلومینیوم در پوششهای با شیب عملکردی و تغییر فاز ?????? در لایه خارجی پوشش mcraly میگردد. کم بودن حلالیت کروم در فاز ? باعث شکل گیری لایه غنی از کروم در لایه میانی پوششهای شیب عملکردی گردید. لایه غنی از آلومینیوم در پوششهای فلزی منجر به شکلگیری لایه اکسیدی ?-al2o3 در کلیه مراحل اکسیداسیون و بهبود رفتار پوششها در دمای بالا گردید. وجود آلومینا در پوششهای با شیب عملکردی سد حرارتی منجر به کاهش نفوذ پذیری اکسیژن و کاهش فشار جزئی آن در فصل مشترک پوشش فلزی/پوشش سرامیکی شده که این موضوع باعث کاهش سرعت رشد لایه اکسیدی و تأخیر در شکلگیری اکسیدهای غیر محافظ و تأخیر در پدیده تخریب میگردد.

اکسیداسیون بخار حاصل تماس بخار فوق داغ با جداره فولادی در دیگ های بخار مباشد . این نوع اکسیداسیون از عوامل اصلی تخریب لوله های سوپرهیتر مورد استفاده در بخش بویلر توربین های بخار شناخته می شود. جنس لوله های سوپرهیتر در اکثر توربین های بخار فعال در ایران ، فولاد زنگ نزن آستنیتی ss 321 با 18 درصد وزنی کروم می باشد. با توجه به قیمت بالا و ضریب هدایت حرارتی پایین این فولاد ها استفاده از آنها محدود گردیده است. فاز پژوهشی استفاده از پوشش های محافظ دمای بالا جهت حفاظت از لوله های بویلر از ابتدای قرن بیستم میلادی بویژه در اروپا آغاز گردید. در پروژه حاضر انواعی از پوشش های آلومینایدی نفوذی بر روی فولادهای زنگ نزن فریتی و آستنیتی اعمال گردید و مقاومت اکسیداسیون بخار و نیز عملکرد میدانی نمونه های پوشش داده شده، مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه به بحث پیرامون نتایج حاصل از بررسی رفتار اکسیداسیون بخار فولاد ss 321 p91 در دو حالت بدون پوشش و با پوشش آلومینایدی به روش سمانتاسیون پودری در دمای c? 700 و تحت بخار c?500 می پردازد. تغییرات وزن نمونه ها با زمان به عنوان مقیاسی برای مطالعه سینتیک اکسیداسیون مورد استفاده قرار گرفت. به منظور مطالعه آثار تهاجم محیط اکسیدکننده آزمایش بر روی نمونه ها ، ریز ساختار سطح مقطع نمونه ها قبل و بعد از زمان های مختلف اکسیداسیون ، توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی و نیز آنالیز های eds و xrd بدست آمد. نتایج نشان داد که نمونه های پوشش دار از سینتیک متفاوت و بسیار آهسته تری نسبت به نمونه های بدون پوشش برخوردار هستند.همچنین نتایج متالوگرافی وجود پوسته اکسیدی محافظ fe2al5 بر روی سطح پوشش را نشان دادند. سینتیک آهسته مشاهده شده در فولادp91 با پوشش آلومینایدی در مقایسه با فولادss321 بدون پوشش در شرایط اکسیداسیون بخاردر این پروژه اثبات گردید. این موضوع همراه با سادگی روش تولید، هزینه پایین پوشش دهی، قابلیت صنعتی شدن ایده پوشش دهی لوله های بویلر را به منظور افزایش عمر آن، تقویت می کند.