Role of particle injection characteristics on coating microstructure of plasma sprayed zirconia

Abstract

Plonos itriu stabilizuoto cirkonio oksido (YSZ) dangos plačiai taikomos šiuolaikinėje technikoje. Dažnai jos sudaromos plazminio purškimo būdu. Tyrimai atlikti taikant nepusiausvirąją oro plazmos technologiją dviem plazminio purškimo režimais priklausomai nuo ištekėjimo iš anodo profilio: Lavalio tūtos – L režimas ir cilindro profilio – C režimas. Dangoms gauti buvo naudojami itriu stabilizuoto cirkonio oksido (10 mol % Y2O3) milteliai (50 – 100 ?m). Buvo tiriama, kaip keičiasi cirkonio oksido miltelių morfologija plazminio purškimo metu, nagrinėjamos plazminiu būdu gautų YSZ dangų charakteristikos priklausomai nuo plazmos proceso parametrų bei naudotų miltelių smulkumo ir jų terminio apdorojimo. Straipsnyje pateikta gautų dangų struktūros, tankio, porėtumo, storio bei kristalitų dydžio priklausomybė nuo plazmos proceso parametrų. Parodyta, kad dirbant cilindrinio ištekėjimo iš anodo režimu, gaunamos didesnio tankio YSZ dangos. Proceso metu cirkonio oksido milteliai visiškai išsilydo kanale ir įgyja rutulio pavidalą. Dirbant Lavalio tūtos režimu, dangų parametrus pagerina išankstinis miltelių terminis apdorojimas 700 ° C temperatūroje. Gautų dangų fazinė sudėtis išlieka tokia pat kaip ir pradinių žaliavų – kubinio ZrO2

Yttria-stabilized zirconia (YSZ) powders (50 - 100 mm in diameter) have been used to prepare plasma-sprayed thin ceramic films on the stainless steel and nickel sheets employing non-equilibrium plasma spray technology at atmospheric pressure. The dependency of microstructure of coatings on initial powder characteristics was investigated. Furthermore, effects of various plasma spray conditions on microstructure, crystallite size, phase content of the coatings have been evaluated. Plasma spray zirconium oxide coatings deposited onto different substrates have been characterized using optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffractometer (XRD) for study of microstructure and phase analysis as a part of a process optimisation study. The deposits characteristics were compared with the processing parameters and revealed that the deposit characteristics strongly depended on the in-flight particle parameters. The coating sprayed using finer powder displays better structural characteristics than the counterpart sprayed using coarse-grained powder feed. The density of the film increases with the spray temperature. The crystallite size of the film also exhibits a strong dependency on the spray conditions. It was demonstrated how the spray regime affects the thickness, density and porosity of the obtained films