In this study, we investigated the mechanical behaviors of layered thermal barrier coatings by indentations. Various single and double-layered thermal barrier coatings were deposited by air plasma spray process using different type of commercialized YSZ (Yttria stabilized zirconia) starting powders. Indentation stress-strain curve, load-displacement curve and hardness of the single and the double-layered thermal barrier coatings were obtained experimentally and analyzed. The indentation damages at the same loads were compared, and thus, the results depend on the structure of each coating. The result indicates improvement in damage resistances from tailoring of layered structures in the component of gas turbine system is expected.
Lanthanum zirconate, $La_2Zr_2O_7$, is one of the most promising candidates for next-generation thermal barrier coating (TBC) applications in high efficient gas turbines due to its low thermal conductivity and chemical stability at high temperature. In this study, bulk specimens and thermal barrier coatings are fabricated via a variety of sintering processes as well as suspension plasma spray in lanthanum zirconates with reduced rare-earth contents. The phase formation, microstructure, and thermo-physical properties of these oxide ceramics and coatings are examined. In particular, lanthanum zirconates with reduced rare-earth contents in a $La_2Zr_2O_7-4YSZ$ composite system exhibit a single phase of fluorite or pyrochlore after fabricated by suspension plasma spray or spark plasma sintering. The potential of lanthanum zirconate ceramics for TBC applications is also discussed.
The purpose of this study is to evaluate the properties of the functional gradient thermal barrier coatings by plasma spray process. The evaluations of mechanical and thermal properties such as fatigue, oxidation and wear-resistance at high temperatures have been conducted. Furthermore, residual stress and bond strength have been evaluated. The range of thickness of coated layers was 550~600$\mu\textrm{m}$. The range of hardness of layers was 800~900 Hv and the porosity range of coatings was about 7 to 14%. The top coating layer of $ZrO_2$ in thermal barrier was composed of tetragonal structure after spraying. The coated layers of $ZrO_2$ on the Inconel substrate is the best resistance for thermal fatigue. Those coatings had the least compressive stress in comparison with other coatings. In high temperature oxidation test, the coatings on Inconel substrate was better than the coatings on SUS substrate. The bond strength of the concave type was greater than that of linear types and convex types coatings.
A high thermal conductive AlN composite coating is attractive in thermal management applications. In this study, AlN-YAG composite coatings were manufactured by atmospheric plasma spraying from two different powders: spray-dried and plasma-treated. The mixture of both AlN and YAG was first mechanically alloyed and then spray-dried to obtain an agglomerated powder. The spray-dried powder was primarily spherical in shape and composed of an agglomerate of primary particles. The decomposition of AlN was pronounced at elevated temperatures due to the porous nature of the spray-dried powder, and was completely eliminated in nitrogen environment. A highly spherical, dense AlN-YAG composite powder was synthesized by plasma alloying and spheroidization (PAS) in an inert gas environment. The AlN-YAG coatings consisted of irregular-shaped, crystalline AlN particles embedded in amorphous YAG phase, indicating solid deposition of AlN and liquid deposition of YAG. The PAS-processed powder produced a lower-porosity and higher-hardness AlN-YAG coating due to a greater degree of melting in the plasma jet, compared to that of the spray-dried powder. The amorphization of the YAG matrix was evidence of melting degree of feedstock powder in flight because a fully molten YAG droplet formed an amorphous phase during splat quenching.
In the present study, $TiB_2-Co$ composite coatings were thermally sprayed onto the surface of a 304 stainless steel substrate using an atmospheric plasma spray (APS). The phase analysis of the powders and plasma-sprayed coatings was performed using X-ray diffractometry analysis. The microstructures of the coatings were studied by a scanning electron microscope (SEM). The average particle size and flowability of the feedstocks were also measured. Both $TiB_2-32Co$ and $TiB_2-45Co$ (wt.%) coatings possessed typical dense lamellar structures and high-quality adhesion to the substrate. The oxidation behaviors of the coatings were studied at $900^{\circ}C$ in an atmospheric environment. In addition, the cross-sectional images of the oxidized coatings were analyzed by SEM. A thin and well-adhered layer was formed on the surface of both $TiB_2-Co$ coatings, confirming satisfactory high-temperature oxidation resistance. The kinetic curves corresponding to the isothermal oxidation of the coatings illustrated a short transient stage from rapid to slow oxidation during the early portion of the oxidation experiment.
The size, morphology and distribution of pores which affect on the physical properties of thermal barrier coatings were investigated to find the relationship with spraying parameters. The plasma-sprayed zirconia coatings contained numerous micropores as well as macropores which were appeared as spherical and irregular pores, and cracks. The pore formation process and its characteristics were varied with spraying distance. Porosity itself was varied with spraying parameters such as spray gun current, gas flow rate and the gas used(Ar or $N_2). The Porosity of coatings was ranged from 10 to 18% with the variation of spraying conditions. The relative hardness measured by the scratch test, showed strong dependence on the porosity of coatings rather than spraying parameters.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2013.05a
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pp.209-210
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2013
In this study, the tribological and thermal properties of TiAlCN coatings were investigated to evaluate their feasibility in automobile applications. TiAlCN coatings with carbon compositions between 25 and 65 at.% were prepared by inductively coupled plasma (ICP) assisted sputtering and were annealed at 400, 500, and $600^{\circ}C$ in air.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.234-235
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2006
In this study, the plasma sprayed $Al_2O_3$ and $Y_2O_3$ coatings have been investigated for applications of microelectronic components. The plasma sprayed coatings had a well-defined splatted lamellae microstructure, intersplat pores and a higher amount of microcracks within the splats. The plasma sprayed $Y_2O_3$ coating had a relatively lower hardness of 300-400Hv, compared to 650-800Hv for $Al_2O_3$ coating, and would be readily damaged by mechanical attacks such as erosion, wear and friction. For a reactive ion etching against F-containing plasmas, however, the $Y_2O_3$ coating had a much higher resistance than the $Al_2O_3$ coating because of the reduced erosion rate of by-products.
Nano-TiO$_2$ photocatalytic coatings were deposited on the stainless steel 304(50$\times$70$\times$3mm) by the APS(Atmospheric Plasma Spraying). Photocatlytic reaction was tested in MB(methylene blue) aqueous solution. For applying nano-TiO$_2$ powders by thermal spray, the starting nano-TiO$_2$ powder with 100% anatase crystalline was agglomerated by spray drying. Plasma second gas(H$_2$) flow rate and spraying distance were used as principal process parameters which are known to control heat enthalpy(heat input). The relationship between process parameters and the characteristics of microstructure such as the anatase phase fraction and grain size of the TiO$_2$ coatings were investigated. The photo-decomposition efficiency of TiO$_2$ coatings was evaluated by the kinetics of MB aqueous solution decomposition. It was found that the TiO$_2$ coating with a lower heat input condition had a higher anatase fraction, smaller anatase grain size and a better photo-decomposition efficiency.
Choi, Kwangsu;Yang, Seunga;Lee, Jong wan;Kim, Minkyu;Lee, Seong jun;Park, Joon Sik
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.30
no.6
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pp.264-270
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2017
In this study, while the abrasive plates for diamond have been prepared through mechanical alloying and sintering of elemental powders, a fabrication route of plasma thermal coatings has been adopted for the first time. When diamond knife is sharped or polished, a metal plate has been applied, which is made of mechanical alloying and sintering. In this study, in order to develop a cost - effective manufacturing process, plasma coatings of FeCrNi and Ti on cast iron plate were applied together with Al intermediate layer coatings. The plasma coatings were successfully performed, and the optimum coating layer conditions were discussed in terms of micro-structural observations at the interfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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