Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2022)
Microstructure and properties of YSZ-Al2O3 functional ceramic thermal barrier coatings for military applications
Abstract
Current study renders its focus on the investigation of functionally graded Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) and alumina (Al2O3) thermal barrier coatings (TBC) deposited on EN steel substrates used in gun barrel through atmospheric plasma spray (APS) process. A bond coat and the top coats was made with two distinct compositions using YSZ-Al2O3 in 75:25 and 50:50 weight ratio through APS process with two carrier gas concentrations of 3 and 4 standard cubic feet per hour (scfh). Coatings were characterized with thermal testing, X-ray Diffraction (XRD) and Field Emission Scanning Electron Microscope examination (FESEM). Surface roughness test, wear and scratch test of the uncoated and coated steel specimens was also measured. YSZ-Al2O3 coated EN36C steel possessed greater insulation performance under a carrier gas flow rate of 3 scfh compared to all other specimens. EN36C steel coated with YSZ-Al2O3 in the ratio of 75:25 has better wear and scratch resistance indicating lesser deformation compared to other materials. Resumen: El estudio actual se centra en la investigación de recubrimientos de barrera térmica (TBC) de zirconia estabilizada con itria (YSZ) y alúmina (Al2O3) de grado funcional depositados en sustratos de acero EN utilizados en el cañón de la pistola a través del proceso de pulverización de plasma atmosférico (APS). Se preparó una capa adhesiva y las capas superiores con dos composiciones distintas usando YSZ-Al2O3 en una relación en peso de 75:25 y 50:50 mediante el proceso APS con dos concentraciones de gas portador de 3 y 4 scfh. Los recubrimientos se caracterizaron con pruebas térmicas, difracción de rayos X (XRD) y examen de microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM). También se midió la prueba de rugosidad de la superficie, la prueba de desgaste y rayado de las muestras de acero revestidas y sin revestir. El acero EN36C recubierto de YSZ-Al2O3 poseía un mayor rendimiento de aislamiento bajo un caudal de gas portador de 3 scfh en comparación con todas las demás muestras. El acero EN36C recubierto con YSZ-Al2O3 en una proporción de 75:25 tiene una mejor resistencia al desgaste y al rayado, lo que indica una menor deformación en comparación con otros materiales.
