Phân tích lớp phủ công nghiệp với Máy phân tích Virsa™ Raman

Hiểu về tính chất cơ học, hóa học của lớp phủ

Máy phân tích Virsa Raman có thể được sử dụng để xác định cả lớp phủ gốm và polymer, cho phép bạn nghiên cứu độ phủ, độ dày và tính đồng nhất của lớp phủ, cũng như các đặc tính hóa học và cơ học của lớp phủ.

Máy phân tích Virsa là một thiết bị có thể vận chuyển được, hệ thống kết nối sợi quang rất phù hợp để đánh giá thành phần hóa học, pha và cấu trúc của vật liệu.

Tại sao nên sử dụng máy phân tích Virsa™ Raman để nghiên cứu lớp phủ?

Máy phân tích Virsa có một số tính năng khiến nó trở nên lý tưởng để phân tích lớp phủ:

• Hiệu suất cao thích hợp cho việc nghiên cứu cả lớp phủ khối và màng mỏng

Bộ camera và bàn dịch chuyển có động cơ hỗ trợ quan sát mẫu dễ dàng và chụp ảnh Raman. Bạn có thể phân tích các vùng quan tâm cụ thể và nghiên cứu độ đồng đều của lớp phủ.

• Đầu dò ghép sợi quang để đo mẫu có kích thước lớn và mẫu bất động
• Có thể vận chuyển và chắc chắn để phân tích với điều kiện bên ngoài phòng thí nghiệm, như môi trường công nghiệp
• Thu thập dữ liệu Raman và phát quang (PL) để biết thêm thông tin về các vật liệu cụ thể

Lớp phủ trên cánh động cơ máy bay

Ở đây chúng tôi minh họa sức mạnh của máy phân tích Virsa bằng cách nghiên cứu các đặc tính của lớp phủ rào cản nhiệt vòng đời (TBC) trên các bộ phận động cơ máy bay. Các lớp phủ này bảo vệ các cánh tua bin khỏi quá trình oxy hóa và ăn mòn. Chúng rất quan trọng để đảm bảo an toàn và tuổi thọ. TBC thường bao gồm oxit zirconium tetragonal, được ổn định một phần bằng oxit yttrium, được lắng đọng trên lớp phủ liên kết MCrAlY (trong đó M là Co hoặc Ni). Lớp phủ liên kết bảo vệ kim loại cơ bản bên dưới khỏi quá trình oxy hóa bằng cách hình thành lớp oxit phát triển nhiệt giàu nhôm (TGO). TBC có thể bị phân hủy và cuối cùng hỏng trong quá trình vận hành máy bay. Kiến thức về quy trình này có tầm quan trọng sống còn trong việc ước tính chính xác tuổi thọ của các bộ phận được phủ.

Phân tích các mẫu khó xử lý

Kích thước và hình dạng của cánh tua bin khiến việc phân tích bằng hệ thống Raman dựa trên kính hiển vi trở nên khó khăn. Virsa Analyser lý tưởng để đo các mẫu lớn và khó xử lý, chẳng hạn như các mẫu thường thấy trong các ứng dụng công nghiệp. Trong trường hợp này, mẫu được đặt dưới một trong các đầu dò của Virsa được gắn trên bệ bệ có động cơ SB100 (Hình 1). Đối với các mẫu lớn hơn nữa, đầu dò có thể được định hướng theo chiều ngang, cho phép phân tích các mẫu có bất kỳ kích thước và hình dạng nào. Ngoài ra, hệ thống Virsa dễ vận chuyển và có thể được đưa đến các mẫu không thể di chuyển.

Đánh giá tính chất hóa học

Một máy phân tích Virsa được trang bị đầu dò đa năng 532 nm đã được sử dụng để thu thập phổ Raman từ lớp phủ trên  cánh tuabin (Hình 2). Các dải Raman cho phép chúng tôi xác minh rằng đây là oxit zirconium tetragonal, như mong đợi. Ngoài ra, có một dải yếu do oxit zirconium đơn nghiêng tạo ra. Oxit zirconium đơn nghiêng có các tính chất cơ học khác với dạng tetragonal và xuất hiện trong lớp phủ được lắng đọng không đúng cách hoặc đã bị phân hủy, và sự hiện diện của nó là chỉ báo về tuổi thọ lớp phủ giảm.

Cấu hình tương tự được sử dụng để thu thập phổ huỳnh quang từ TGO cơ bản (Hình 3 a). Điều này làm nổi bật một điểm mạnh chính của máy phân tích Virsa là ngoài khả năng thu thập phổ Raman, nó còn có thể thu thập phổ huỳnh quang và quang phát quang.

Đánh giá tính chất cơ học

Thông thường, lớp phủ được áp dụng cho các cánh tuabin bằng kỹ thuật phun, tạo ra lớp hoàn thiện không đồng đều hoặc gợn sóng. Sự gợn sóng này tạo ra một mô hình ứng suất kéo-nén lặp lại trong lớp phủ. Sự hiện diện của mô hình này có thể chỉ ra lớp phủ còn nguyên vẹn hay đã xuống cấp.

Vị trí của các dải huỳnh quang có thể được sử dụng để xác định ứng suất trong lớp phủ. Hình 3b cho thấy bản đồ Raman về vị trí dải chồng lên hình ảnh quang học của mẫu. Ở dưới cùng của đường được lập bản đồ, chúng ta có thể thấy rõ vị trí dải xen kẽ giữa cao (màu đỏ) và thấp (màu đen), biểu thị lớp phủ khỏe mạnh. Tuy nhiên, chúng ta thấy ít biến đổi hơn ở đầu dòng, điều này cho thấy vùng này đang được giải tỏa ứng suất. Quá trình này, chỉ có thể xảy ra nếu lớp phủ bị nứt hoặc tách khỏi bề mặt, là dấu hiệu của sự cố cơ học trong lớp phủ. Điều này cho thấy chúng ta có thể quan sát và mô tả sự xuống cấp trong các lớp phủ này bằng máy phân tích Virsa Raman. Đây là một phần quan trọng của kiến thức khoa học vật liệu cần thiết để hiểu và dự đoán tuổi thọ của cánh tuabin.

Để biết thêm chi tiết về Phân tích lớp phủ công nghiệp và Application Note hoàn chỉnh, xin vui lòng liên hệ ADGroup.