Published March 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Tribological performance assessment of Al2O3-YSZ composite coatings deposited by hybrid powder-suspension plasma spraying

Creators

  • 1. University West
  • 2. International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials
  • 3. Chalmers University of Technology

Description

The advent of high-throughput plasma spray systems that allow axial feeding encourages the study of using liquid feedstock for various next-generation functional applications. The current study explores the benefit of such a plasma spray system to deposit hybrid powder-suspension Al2O3-YSZ ceramic matrix composite (CMC) coatings for tribological applications. The tribological performance of the hybrid processed CMC coatings was assessed using scratch, ball-on-plate wear and erosion tests and compared with that of monolithic powder-derived Al2O3 coatings. As-deposited and tribo-tested coatings were characterized using Scanning Electron Microscopy, X-ray Diffraction and Energy Dispersive Spectroscopy to analyse their microstructure and phase constitution. The results showed that the tribological performance of the hybrid powder-suspension Al2O3-YSZ CMC coating was significantly improved by enhancing the wear resistance under scratch, dry sliding ball-on-plate and erosion tests as compared to the conventional APS deposited monolithic Al2O3 coating. About 36% decrease in the dry sliding ball-on-plate specific wear rate and up to 50% decrease in the erosion wear rate was noted in the hybrid powder-suspension Al2O3-YSZ CMC coating as compared to the conventional APS deposited monolithic Al2O3 coating. The study concludes that the hybrid powder-suspension route can create CMC coatings with unique multi-length scale microstructures which can be attractive for combining different tribological attributes in the same coating system.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يشجع ظهور أنظمة رش البلازما عالية الإنتاجية التي تسمح بالتغذية المحورية على دراسة استخدام المواد الأولية السائلة لمختلف التطبيقات الوظيفية للجيل التالي. تستكشف الدراسة الحالية فائدة نظام رش البلازما هذا لترسيب الطلاء المركب لمصفوفة السيراميك Al2O3 - YSZ المعلق بالمسحوق الهجين للتطبيقات الثلاثية. تم تقييم الأداء القبلي لطلاءات CMC المعالجة الهجينة باستخدام اختبارات الخدش والتآكل على لوحة الكرة والتآكل ومقارنتها بطلاء Al2O3 المتجانس المشتق من المسحوق. كما تم تمييز الطلاءات المودعة والمختبرة باستخدام المجهر الإلكتروني للمسح الضوئي، وانحراف الأشعة السينية، والطيف المشتت للطاقة لتحليل بنيتها المجهرية وبنيتها الطورية. أظهرت النتائج أن الأداء القبلي لطلاء Al2O3 - YSZ CMC الهجين المعلق بالمسحوق قد تحسن بشكل كبير من خلال تعزيز مقاومة التآكل تحت اختبارات الخدش والكرة المنزلقة الجافة على اللوحة والتآكل مقارنة بطلاء Al2O3 المتجانس APS التقليدي. لوحظ انخفاض حوالي 36 ٪ في معدل التآكل المحدد للكرة المنزلقة الجافة على اللوحة وانخفاض يصل إلى 50 ٪ في معدل تآكل التآكل في طلاء Al2O3 - YSZ CMC الهجين المعلق بالمسحوق مقارنة بطلاء Al2O3 المتجانس APS التقليدي. تخلص الدراسة إلى أن مسار تعليق المسحوق الهجين يمكن أن يخلق طلاءات CMC مع هياكل مجهرية فريدة متعددة الأطوال يمكن أن تكون جذابة للجمع بين السمات القبلية المختلفة في نفس نظام الطلاء.

Translated Description (French)

L'avènement de systèmes de pulvérisation de plasma à haut débit qui permettent une alimentation axiale encourage l'étude de l'utilisation de matières premières liquides pour diverses applications fonctionnelles de nouvelle génération. La présente étude explore les avantages d'un tel système de pulvérisation de plasma pour déposer des revêtements composites à matrice céramique (CMC) Al2O3-YSZ en poudre-suspension hybride pour des applications tribologiques. La performance tribologique des revêtements CMC traités hybrides a été évaluée à l'aide d'essais de rayure, d'usure et d'érosion par billes et comparée à celle des revêtements Al2O3 monolithiques dérivés de poudre. Les revêtements tels que déposés et testés tribo ont été caractérisés à l'aide de la microscopie électronique à balayage, de la diffraction des rayons X et de la spectroscopie à dispersion d'énergie pour analyser leur microstructure et leur constitution de phase. Les résultats ont montré que les performances tribologiques du revêtement hybride en poudre-suspension Al2O3-YSZ CMC étaient significativement améliorées en améliorant la résistance à l'usure sous rayure, les tests de glissement à sec sur plaque et d'érosion par rapport au revêtement monolithique Al2O3 déposé APS conventionnel. Environ 36 % de diminution du taux d'usure spécifique de la bille sur plaque coulissante sèche et jusqu'à 50 % de diminution du taux d'usure par érosion ont été notés dans le revêtement hybride en poudre-suspension Al2O3-YSZ CMC par rapport au revêtement monolithique Al2O3 déposé APS conventionnel. L'étude conclut que la voie hybride poudre-suspension peut créer des revêtements CMC avec des microstructures uniques à l'échelle multi-longueur qui peuvent être attrayantes pour combiner différents attributs tribologiques dans le même système de revêtement.

Translated Description (Spanish)

La llegada de sistemas de pulverización de plasma de alto rendimiento que permiten la alimentación axial fomenta el estudio del uso de materia prima líquida para diversas aplicaciones funcionales de próxima generación. El estudio actual explora el beneficio de dicho sistema de pulverización de plasma para depositar recubrimientos híbridos de material compuesto de matriz cerámica (CMC) Al2O3-YSZ en suspensión de polvo para aplicaciones tribológicas. El rendimiento tribológico de los recubrimientos CMC procesados híbridos se evaluó mediante pruebas de desgaste y erosión por rayado, bola sobre placa y se comparó con el de los recubrimientos monolíticos de Al2O3 derivados de polvo. Los recubrimientos tal como se depositaron y probados tribográficamente se caracterizaron utilizando microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectroscopía de dispersión de energía para analizar su microestructura y constitución de fases. Los resultados mostraron que el rendimiento tribológico del recubrimiento híbrido de polvo-suspensión Al2O3-YSZ CMC mejoró significativamente al mejorar la resistencia al desgaste bajo rayado, pruebas de bola deslizante seca sobre placa y erosión en comparación con el recubrimiento monolítico convencional de APS depositado Al2O3. Se observó una disminución de aproximadamente el 36% en la tasa de desgaste específica de bola sobre placa deslizante seca y una disminución de hasta el 50% en la tasa de desgaste por erosión en el recubrimiento híbrido de polvo-suspensión Al2O3-YSZ CMC en comparación con el recubrimiento de Al2O3 monolítico depositado con APS convencional. El estudio concluye que la ruta híbrida de suspensión de polvo puede crear recubrimientos de CMC con microestructuras únicas de escala de múltiples longitudes que pueden ser atractivas para combinar diferentes atributos tribológicos en el mismo sistema de recubrimiento.

Files

FULLTEXT01.pdf

Files (284 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d119c8b3d06d4cc91a630e5edac0a656
284 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم الأداء الثلاثي للطلاء المركب Al2O3 - YSZ المترسب بواسطة رش البلازما الهجين بمسحوق التعليق
Translated title (French)
Évaluation des performances tribologiques des revêtements composites Al2O3-YSZ déposés par pulvérisation plasma hybride poudre-suspension
Translated title (Spanish)
Evaluación del rendimiento tribológico de los recubrimientos compuestos de Al2O3-YSZ depositados por pulverización de plasma en suspensión de polvo híbrido

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3122089725
DOI
10.1016/j.surfcoat.2021.126907

Is supplement to
https://openalex.org/W4299517970 (Other)
https://openalex.org/W310668024 (Other)
https://openalex.org/W2770018148 (Other)
https://openalex.org/W2475116013 (Other)
https://openalex.org/W2385135707 (Other)
https://openalex.org/W2358308169 (Other)
https://openalex.org/W2140315382 (Other)
https://openalex.org/W2082556335 (Other)
https://openalex.org/W2066741154 (Other)
https://openalex.org/W2059109728 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1920771455
  • https://openalex.org/W1964544996
  • https://openalex.org/W1964858449
  • https://openalex.org/W1972843913
  • https://openalex.org/W1982950963
  • https://openalex.org/W1983662137
  • https://openalex.org/W1987089165
  • https://openalex.org/W1988033543
  • https://openalex.org/W1988455667
  • https://openalex.org/W1990303128
  • https://openalex.org/W1990567102
  • https://openalex.org/W2017666822
  • https://openalex.org/W2019997058
  • https://openalex.org/W2033544111
  • https://openalex.org/W2040823388
  • https://openalex.org/W2054258711
  • https://openalex.org/W2056109271
  • https://openalex.org/W2057947738
  • https://openalex.org/W2063850124
  • https://openalex.org/W2069931963
  • https://openalex.org/W2079481902
  • https://openalex.org/W2083004653
  • https://openalex.org/W2084851548
  • https://openalex.org/W2086319172
  • https://openalex.org/W2095336314
  • https://openalex.org/W2100812196
  • https://openalex.org/W2104166338
  • https://openalex.org/W2131398095
  • https://openalex.org/W2474453335
  • https://openalex.org/W2586104470
  • https://openalex.org/W2597082654
  • https://openalex.org/W2738352944
  • https://openalex.org/W2743269482
  • https://openalex.org/W2775706878
  • https://openalex.org/W2781988013
  • https://openalex.org/W2788649118
  • https://openalex.org/W2789541260
  • https://openalex.org/W2809708806
  • https://openalex.org/W2892362423
  • https://openalex.org/W2902831298
  • https://openalex.org/W2946269532
  • https://openalex.org/W2951159733
  • https://openalex.org/W3032870049
  • https://openalex.org/W3040066235