|
|
Advanced hydrophobic and hydrophilic surface treatments for non-nuclear energetics
Komarov, Pavel ; Ctibor,, Pavel (referee) ; Pawlowski, Lech (referee) ; Čelko, Ladislav (advisor)
V současnosti lze zaznamenat zvýšený zájem o studium pevných povrchů se specifickou smáčivostí (hydrofilní/superhydrofilní a hydrofobní/superhydrofobní) s ohledem na širokou škálu jejich potenciálních aplikací, mezi které patří například snížení aerodynamického odporu, ochrana proti námraze/odmrazování, korozní odolnost, ochrana proti biologickému znečištění, schopnost samočištění povrchů, apod. Způsoby přípravy takových povlaků však zahrnují sofistikované vícestupňové postupy, které jsou nákladné a neposkytují dostatečnou odolnost hydrofilního/hydrofobního chování takto modifikovaného povrchu. Předkládaná disertační práce je zaměřena na (i) vývoj technologického způsobu výroby hydrofilních/hydrofobních povlaků z materiálů odolných proti opotřebení s využitím technologie žárového nástřiku; a (ii) studium připravených povlaků, analýza jejich mechanických vlastností a kvality smáčivosti jejich povrchu. První část práce obsahuje úvod do teorie smáčivosti, volné povrchové energie, hydrofilních/superhydrofilních a hydrofobních/superhydrofobních povrchových úprav a přehled technologií žárových nástřiků. V rámci druhé, experimentální, části byly připraveny povlaky na bázi Al2O3, Cr2O3-SiO2-TiO2, YSZ a WC-Co-Cr a analyzováno jejich smáčivé chování s ohledem na topografii jejich povrchu. Dále byly studovány povlaky YSZ s lamelární a kolumnární mikrostrukturou, s ohledem na posouzení vlivu struktury povlaku na smáčivé chování. Prezentován je zde rovněž modifikovaný povlak s využitím vysokofrekvenčního plasmatu. V závěrečné fázi experimentů byly použity tři rozdílné prášky na bázi WC-Co-Cr pro výrobu povlaků odolných proti opotřebení s tzv. více stupňovou povrchovou topografií povrchu této aktivity. V rámci bylo zjištěno, že kombinace hrubého prášku s ultra jemnými (~500 nm) WC částicemi umožňuje vznik optimální povrchové topografie s velmi vysokou hydrofobností, kterou lze dále optimalizovat do superhydrofobního stavu pomocí dodatečné modifikace olejem na bázi Si. V poslední části práce byla u tohoto typu povlaku stanovena odolnost smáčivosti vzorků WC-Co-Cr pomocí testu odezvy na otěr v abrazivní suspenzi a testu odolnosti vůči kavitační erozi.
|
|
|
Determination of properties of as-sprayed and EB-deposited coatings prepared by thermal spray technologies using scratch test and nano-indentation methods
Cének, Lukáš ; Tkachenko, Serhii (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
Properties of samples and their coatings may be affected by the electron beam. This paper deals with the analysis of the microstructure, phase and chemical composition and the determination of mechanical characteristics of inconel steel substrate and CoNiCrAlY coatings deposited via different types of thermal spraying (HVOF, cold spray), in combination with modifications by the electron beam technology. During the study it was found that the deposition did not change the chemical composition. Further it was found that the interaction of the electron beam with the material did not change the chemical composition, but there is a change in the structure and a reduction of porosity and surface roughness, resulting in a change of mechanical properties such as decreasing hardness or increase of the modulus of elasticity.
|
|
|
Fatigue Properties of Materials with Protective Thermally Deposited Layers
Matějková, Michaela ; Kovářík,, Ondřej (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
Titanium powder was deposited into low-carbon steel specimens using three thermal spray technologies: plasma spray, cold spray (USA, Singapore) and warm spray (denoted as PS, CSU, CS-S, and WS, respectively, in further text). The aim was to determine the influence of the coatings on the fatigue lives of the specimens. The experimental work was carried out in a symmetrical cantilever-beam bending setup using a computer-controlled SF-Test loading device. Further to that, the micro-morphology of coatings structure, their respective porosity content and the fracture surfaces of both coatings and substrate materials was carried out.
|
|
| |
|
|
Processing and Structural Stability of Nanocrystalline Thermal Barrier Coatings
Jech, David ; Ctibor, Pavel (referee) ; Ziegelheim, Jindřich (referee) ; Švejcar, Jiří (advisor)
Complex thermal barrier coating systems are one the most efficient high-temperature surface treatments which open up practical applications in land-based turbines and air jet engines. In the case of most exposed rotor and stator jet engine components, the combination of thermal barrier coatings together with the inner cooling system made it possible to increase working temperature by several tens of degrees of Celsius. Nevertheless, it is very difficult to achieve any further increase in working temperature by using the conventional thermal barrier coatings based on the ZrO2-Y2O3 ceramic top coat and the MCrAlY metallic bond coat, which currently work at their material limits. The working temperature inside the combustion chamber of the jet engine is proportional to engine’s efficiency and inversely proportional to fuel consumption and production of undesirable CO2 emission. Therefore, a considerable effort has recently been devoted to research and development of new types of ceramic coatings that can withstand long term extreme working conditions. New design approaches of multi-layer composite thermal barrier coating systems can sustain the required trend of increasing working temperature of jet engines mainly because of possibility of optimization of high-temperature durability and long lifetime. The theoretical part of thesis provides a fundamental overview of thermal barrier coatings, their properties, deposition technologies and testing methods. The experimental part is focused on optimization of deposition parameters of conventional ZrO2-Y2O3 / MCrAlY thermal barrier coatings prepared by means of atmospheric plasma spraying. Furthermore, a novel multi-layer thermal barrier coating system based on ZrO2-Y2O3-Al2O3-SiO2 / ZrO2-Y2O3 / MCrAlY, which contains amorphous and/or nanocrystalline regions, is developed, tested and characterized as well. Structural stability, phase transformations and growth of the thermally grown oxide in both conventional and experimental systems after high-temperature isothermal oxidation, cyclic oxidation and burner-rig tests were evaluated by means light microscopy, scanning electron microscopy with energy-dispersive microanalysis and X-ray diffraction. In comparison with the conventional thermal barrier coatings, the novel multi-layered systems have lower thermal conductivity, slower thermally grown oxide kinetic, better structural stability, and generally higher lifetime in all high-temperature tests.
|
|
|
Advanced hydrophobic and hydrophilic surface treatments for non-nuclear energetics
Komarov, Pavel ; Ctibor,, Pavel (referee) ; Pawlowski, Lech (referee) ; Čelko, Ladislav (advisor)
V současnosti lze zaznamenat zvýšený zájem o studium pevných povrchů se specifickou smáčivostí (hydrofilní/superhydrofilní a hydrofobní/superhydrofobní) s ohledem na širokou škálu jejich potenciálních aplikací, mezi které patří například snížení aerodynamického odporu, ochrana proti námraze/odmrazování, korozní odolnost, ochrana proti biologickému znečištění, schopnost samočištění povrchů, apod. Způsoby přípravy takových povlaků však zahrnují sofistikované vícestupňové postupy, které jsou nákladné a neposkytují dostatečnou odolnost hydrofilního/hydrofobního chování takto modifikovaného povrchu. Předkládaná disertační práce je zaměřena na (i) vývoj technologického způsobu výroby hydrofilních/hydrofobních povlaků z materiálů odolných proti opotřebení s využitím technologie žárového nástřiku; a (ii) studium připravených povlaků, analýza jejich mechanických vlastností a kvality smáčivosti jejich povrchu. První část práce obsahuje úvod do teorie smáčivosti, volné povrchové energie, hydrofilních/superhydrofilních a hydrofobních/superhydrofobních povrchových úprav a přehled technologií žárových nástřiků. V rámci druhé, experimentální, části byly připraveny povlaky na bázi Al2O3, Cr2O3-SiO2-TiO2, YSZ a WC-Co-Cr a analyzováno jejich smáčivé chování s ohledem na topografii jejich povrchu. Dále byly studovány povlaky YSZ s lamelární a kolumnární mikrostrukturou, s ohledem na posouzení vlivu struktury povlaku na smáčivé chování. Prezentován je zde rovněž modifikovaný povlak s využitím vysokofrekvenčního plasmatu. V závěrečné fázi experimentů byly použity tři rozdílné prášky na bázi WC-Co-Cr pro výrobu povlaků odolných proti opotřebení s tzv. více stupňovou povrchovou topografií povrchu této aktivity. V rámci bylo zjištěno, že kombinace hrubého prášku s ultra jemnými (~500 nm) WC částicemi umožňuje vznik optimální povrchové topografie s velmi vysokou hydrofobností, kterou lze dále optimalizovat do superhydrofobního stavu pomocí dodatečné modifikace olejem na bázi Si. V poslední části práce byla u tohoto typu povlaku stanovena odolnost smáčivosti vzorků WC-Co-Cr pomocí testu odezvy na otěr v abrazivní suspenzi a testu odolnosti vůči kavitační erozi.
|
|
|
Processing and Structural Stability of Nanocrystalline Thermal Barrier Coatings
Jech, David ; Ctibor, Pavel (referee) ; Ziegelheim, Jindřich (referee) ; Švejcar, Jiří (advisor)
Complex thermal barrier coating systems are one the most efficient high-temperature surface treatments which open up practical applications in land-based turbines and air jet engines. In the case of most exposed rotor and stator jet engine components, the combination of thermal barrier coatings together with the inner cooling system made it possible to increase working temperature by several tens of degrees of Celsius. Nevertheless, it is very difficult to achieve any further increase in working temperature by using the conventional thermal barrier coatings based on the ZrO2-Y2O3 ceramic top coat and the MCrAlY metallic bond coat, which currently work at their material limits. The working temperature inside the combustion chamber of the jet engine is proportional to engine’s efficiency and inversely proportional to fuel consumption and production of undesirable CO2 emission. Therefore, a considerable effort has recently been devoted to research and development of new types of ceramic coatings that can withstand long term extreme working conditions. New design approaches of multi-layer composite thermal barrier coating systems can sustain the required trend of increasing working temperature of jet engines mainly because of possibility of optimization of high-temperature durability and long lifetime. The theoretical part of thesis provides a fundamental overview of thermal barrier coatings, their properties, deposition technologies and testing methods. The experimental part is focused on optimization of deposition parameters of conventional ZrO2-Y2O3 / MCrAlY thermal barrier coatings prepared by means of atmospheric plasma spraying. Furthermore, a novel multi-layer thermal barrier coating system based on ZrO2-Y2O3-Al2O3-SiO2 / ZrO2-Y2O3 / MCrAlY, which contains amorphous and/or nanocrystalline regions, is developed, tested and characterized as well. Structural stability, phase transformations and growth of the thermally grown oxide in both conventional and experimental systems after high-temperature isothermal oxidation, cyclic oxidation and burner-rig tests were evaluated by means light microscopy, scanning electron microscopy with energy-dispersive microanalysis and X-ray diffraction. In comparison with the conventional thermal barrier coatings, the novel multi-layered systems have lower thermal conductivity, slower thermally grown oxide kinetic, better structural stability, and generally higher lifetime in all high-temperature tests.
|
|
| |
|
|
Determination of properties of as-sprayed and EB-deposited coatings prepared by thermal spray technologies using scratch test and nano-indentation methods
Cének, Lukáš ; Tkachenko, Serhii (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
Properties of samples and their coatings may be affected by the electron beam. This paper deals with the analysis of the microstructure, phase and chemical composition and the determination of mechanical characteristics of inconel steel substrate and CoNiCrAlY coatings deposited via different types of thermal spraying (HVOF, cold spray), in combination with modifications by the electron beam technology. During the study it was found that the deposition did not change the chemical composition. Further it was found that the interaction of the electron beam with the material did not change the chemical composition, but there is a change in the structure and a reduction of porosity and surface roughness, resulting in a change of mechanical properties such as decreasing hardness or increase of the modulus of elasticity.
|
|
|
Fatigue Properties of Materials with Protective Thermally Deposited Layers
Matějková, Michaela ; Kovářík,, Ondřej (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
Titanium powder was deposited into low-carbon steel specimens using three thermal spray technologies: plasma spray, cold spray (USA, Singapore) and warm spray (denoted as PS, CSU, CS-S, and WS, respectively, in further text). The aim was to determine the influence of the coatings on the fatigue lives of the specimens. The experimental work was carried out in a symmetrical cantilever-beam bending setup using a computer-controlled SF-Test loading device. Further to that, the micro-morphology of coatings structure, their respective porosity content and the fracture surfaces of both coatings and substrate materials was carried out.
|
guest ::
