엔진 블레이드 열 차단 코팅을 위한 YSZ 파우더 11-125um의 장점
11~125μm 입자 크기 범위에서 이트륨 안정화 지르코니아 분말 (YSZ 분말, 일반적으로 8% Y₂O₃-ZrO₂)을 엔진 블레이드의 열 차단 코팅(TBC)에 사용 하면 다음과 같은 중요한 장점이 있습니다.
1. 우수한 열전도도 및 단열성능
– 낮은 열전도도(2.2~2.9 W/m·K): 기본 금속 온도를 효과적으로 낮추고 블레이드의 수명을 연장합니다.
– 높은 열팽창 계수(10-11×10⁻⁶/K): 니켈 기반 고온 합금 기판에 가까워 열 사이클 시 계면 응력을 줄입니다.
2. 고온 상 안정성
– 사방정계 준안정상(t’상): 1200~1400°C에서 장기적으로 안정하여 냉각 중 단사정계상(m상)으로의 변형으로 인한 부피 팽창 및 코팅 균열이 발생하지 않습니다. 8% mol YSZ 분말은 가스터빈 엔진의 탄화수소 연소 환경에서 화학적으로 불활성입니다.
– 이트륨 도핑 효과: Y₂O₃는 상변화를 억제하고 고온 서비스에서 코팅의 신뢰성을 향상시킵니다.
3. 우수한 열충격 저항성
– 높은 파괴인성: 상변태 강화 메커니즘(응력에 의한 t→m 상변태)을 통해 에너지를 흡수하여 균열 전파를 지연시킵니다.
– 최적화된 입자 크기 설계: 11-125μm 분말은 코팅 밀도(기공률 감소)와 변형 허용치(응력 완화를 위한 적절한 기공률)의 균형을 맞춥니다.
4. 우수한 소결 저항성 및 화학적 안정성
– 고온소결 저항성: 거친 입자 크기(125μm)는 비표면적을 감소시키고 고온(>1200°C)에서 과도한 입자 성장으로 인한 코팅의 경화를 억제합니다.
– 화학적 불활성: 연소 가스에서의 CMAS(칼슘 마그네슘 알루미늄 규산염) 부식과 산화 환경에서의 침식을 방지합니다.
5. 프로세스 적응성
– 플라즈마 분무(APS) 또는 화염 분무에 적합: 11-125μm 입자 크기 범위는 분말 유동성을 보장하고 균일한 코팅을 형성합니다(일반적인 두께 100-500μm).
– 높은 증착 효율: 거친 입자는 분무 중 용융되지 않은 입자의 비율을 줄이고 코팅의 결합 강도를 향상시킵니다.
6. CMAS 내식성 향상
– 대형 입자 구조: CMAS 용융 침투율을 감소시키고 도핑 개질(예: Al₂O₃/Ta₂O₅)을 통해 부식을 더욱 지연시킬 수 있습니다.
이트륨 안정화 지르코니아(11-125μm)는 고온 상 안정성, 열 절연성, 열 충격 저항성 및 공정 친화성으로 인해 항공기 엔진 및 가스터빈 블레이드의 TBC에 선호되는 재료가 되었습니다.
