[학위논문]AI 모재의 온도에 따른 플라즈마 용사코팅층의 잔류응력과 접합강도에 관한 연구 Effect of AI substrate temperatures on the residual stresses and bonding strength of plasma sprayed coatings원문보기
플라즈마 용사코팅에 있어서 모재와 코팅층 사이의 열팽창률 차이에 의해 코팅층과 계면에 잔류응력이 존재하게 된다. 코팅층과 계면의 잔류응력은 코팅층에 균열을 유발시키기도 하고 코팅층과 모재의 접합강도, 코팅층과 코팅층 사이의 접합강도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 열사이클 하에서의 수명, 부식저항에도 영향을 미친다. 알루미늄 및 알루미늄 합금에 코팅이 필요한 경우 모재와 코팅층 사이의 큰 열팽창률 차이에 의해 코팅층의 적용이 더욱 어렵게 된다. 특히 알루미늄 엔진 등과 같이 높은 온도에 의한 모재의 손상이 우려되는 경우 두꺼운 단열코팅층이 요구되어 코팅층과 모재의 접합력이 매우 중요하게 되므로 코팅층/모재의 접합력에 큰 영향을 미치는 잔류응력의 해석이 필요하다. 본 연구에서는 알루미늄 합금 모재에 TS-1037ZA(Al₂O₃-CoCr-Cr₂O₃계 cermet)를 플라즈마 용사코팅하여 단열코팅층을 제조하는 공정에서, 특히 모재의 예열온도가 코팅층과 모재의 응력분포와 접합강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 코팅층 분리후 코팅층의 상대길이변화를 측정하여 코팅층의 평균잔류응력을 측정하였고 유한요소법을 이용하여 잔류응력 분포 해석을 수행하여 이와 비교하였다. 그리고 코팅층과 모재의 접합력 비교를 통해 코팅층과 모재의 잔류응력과 접합강도 사이의 관계를 고찰하였다. 잔류응력 측정과 ...
플라즈마 용사코팅에 있어서 모재와 코팅층 사이의 열팽창률 차이에 의해 코팅층과 계면에 잔류응력이 존재하게 된다. 코팅층과 계면의 잔류응력은 코팅층에 균열을 유발시키기도 하고 코팅층과 모재의 접합강도, 코팅층과 코팅층 사이의 접합강도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 열사이클 하에서의 수명, 부식저항에도 영향을 미친다. 알루미늄 및 알루미늄 합금에 코팅이 필요한 경우 모재와 코팅층 사이의 큰 열팽창률 차이에 의해 코팅층의 적용이 더욱 어렵게 된다. 특히 알루미늄 엔진 등과 같이 높은 온도에 의한 모재의 손상이 우려되는 경우 두꺼운 단열코팅층이 요구되어 코팅층과 모재의 접합력이 매우 중요하게 되므로 코팅층/모재의 접합력에 큰 영향을 미치는 잔류응력의 해석이 필요하다. 본 연구에서는 알루미늄 합금 모재에 TS-1037ZA(Al₂O₃-CoCr-Cr₂O₃계 cermet)를 플라즈마 용사코팅하여 단열코팅층을 제조하는 공정에서, 특히 모재의 예열온도가 코팅층과 모재의 응력분포와 접합강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 코팅층 분리후 코팅층의 상대길이변화를 측정하여 코팅층의 평균잔류응력을 측정하였고 유한요소법을 이용하여 잔류응력 분포 해석을 수행하여 이와 비교하였다. 그리고 코팅층과 모재의 접합력 비교를 통해 코팅층과 모재의 잔류응력과 접합강도 사이의 관계를 고찰하였다. 잔류응력 측정과 유한요소법에 의한 계산은 비교적 잘 일치하였으며 코팅층에는 압축잔류응력이 계면에는 인장잔류응력이 형성되어 있음을 확인하였다. 모재의 예열온도 증가에 따라 코팅층의 압축 잔류응력은 증가하고 계면의 인장잔류응력은 감소하는 경향을 보였으며 최적의 접합을 위한 예열온도는 250℃∼350℃가 적합하다 판단된다.
플라즈마 용사코팅에 있어서 모재와 코팅층 사이의 열팽창률 차이에 의해 코팅층과 계면에 잔류응력이 존재하게 된다. 코팅층과 계면의 잔류응력은 코팅층에 균열을 유발시키기도 하고 코팅층과 모재의 접합강도, 코팅층과 코팅층 사이의 접합강도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 열사이클 하에서의 수명, 부식저항에도 영향을 미친다. 알루미늄 및 알루미늄 합금에 코팅이 필요한 경우 모재와 코팅층 사이의 큰 열팽창률 차이에 의해 코팅층의 적용이 더욱 어렵게 된다. 특히 알루미늄 엔진 등과 같이 높은 온도에 의한 모재의 손상이 우려되는 경우 두꺼운 단열코팅층이 요구되어 코팅층과 모재의 접합력이 매우 중요하게 되므로 코팅층/모재의 접합력에 큰 영향을 미치는 잔류응력의 해석이 필요하다. 본 연구에서는 알루미늄 합금 모재에 TS-1037ZA(Al₂O₃-CoCr-Cr₂O₃계 cermet)를 플라즈마 용사코팅하여 단열코팅층을 제조하는 공정에서, 특히 모재의 예열온도가 코팅층과 모재의 응력분포와 접합강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 코팅층 분리후 코팅층의 상대길이변화를 측정하여 코팅층의 평균잔류응력을 측정하였고 유한요소법을 이용하여 잔류응력 분포 해석을 수행하여 이와 비교하였다. 그리고 코팅층과 모재의 접합력 비교를 통해 코팅층과 모재의 잔류응력과 접합강도 사이의 관계를 고찰하였다. 잔류응력 측정과 유한요소법에 의한 계산은 비교적 잘 일치하였으며 코팅층에는 압축잔류응력이 계면에는 인장잔류응력이 형성되어 있음을 확인하였다. 모재의 예열온도 증가에 따라 코팅층의 압축 잔류응력은 증가하고 계면의 인장잔류응력은 감소하는 경향을 보였으며 최적의 접합을 위한 예열온도는 250℃∼350℃가 적합하다 판단된다.
In plasma sprayed coatings, residual stresses of coatings and coatings/substrate interface are produced by the difference of thermal expansion coeffiencts between coatings and substrate. It can give rise to cracking of coatings and affects adhesion strength and cohesion strength. In addition, variou...
In plasma sprayed coatings, residual stresses of coatings and coatings/substrate interface are produced by the difference of thermal expansion coeffiencts between coatings and substrate. It can give rise to cracking of coatings and affects adhesion strength and cohesion strength. In addition, various types of coating performance indicators, such as life under thermal cycling and erosion resistance, are strongly influenced by the nature of residual stresses. It is difficult to apply the plasma spray coating to Aluminum and its alloy, because of large difference of thermal expansion coefficients. Since the adhesive strength of components operated in high temperature, such as, aluminum engine is very important, the predict of residual stresses affecting adhesive strength is necessary. In this study, thermal barrier coatings(TBCs) of TS-1037ZA(Al₂O₃-CoCr-Cr₂O₃ cermet) were plasma sprayed on aluminum alloy substrates under controlled atmosphere and preheat temperature conditions at 27℃∼400℃. To investigate the relations of preheating temperatures of substrates and residual stresses, experiments and FE analysis is performed. Residual stress field in TBCs were studied by two different methods, coating length change after detaching from the substrate and 2-dimensional axi-symmetric finite element method. Vickers hardness test was executed as a method of comparing the adhesive strength. Comparing the experimental and numerical data shows good agreement. Increasing the preheat temperature of substrate, compressive residual stresses in coatings increase and tensile residual stresses in interface decrease. Finally, it seems safe to say that the preheat temperature for optimum coating/substrate bonding is about 250∼350℃.
In plasma sprayed coatings, residual stresses of coatings and coatings/substrate interface are produced by the difference of thermal expansion coeffiencts between coatings and substrate. It can give rise to cracking of coatings and affects adhesion strength and cohesion strength. In addition, various types of coating performance indicators, such as life under thermal cycling and erosion resistance, are strongly influenced by the nature of residual stresses. It is difficult to apply the plasma spray coating to Aluminum and its alloy, because of large difference of thermal expansion coefficients. Since the adhesive strength of components operated in high temperature, such as, aluminum engine is very important, the predict of residual stresses affecting adhesive strength is necessary. In this study, thermal barrier coatings(TBCs) of TS-1037ZA(Al₂O₃-CoCr-Cr₂O₃ cermet) were plasma sprayed on aluminum alloy substrates under controlled atmosphere and preheat temperature conditions at 27℃∼400℃. To investigate the relations of preheating temperatures of substrates and residual stresses, experiments and FE analysis is performed. Residual stress field in TBCs were studied by two different methods, coating length change after detaching from the substrate and 2-dimensional axi-symmetric finite element method. Vickers hardness test was executed as a method of comparing the adhesive strength. Comparing the experimental and numerical data shows good agreement. Increasing the preheat temperature of substrate, compressive residual stresses in coatings increase and tensile residual stresses in interface decrease. Finally, it seems safe to say that the preheat temperature for optimum coating/substrate bonding is about 250∼350℃.
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