طلاء مركب من زركونيا مستقر باليتريا كحاجز لتقليل نفاذية الهيدروجين إلى الفولاذ

يمكن لذرات الهيدروجين الدخول إلى المواد المعدنية من خلال الاختراق والانتشار، مما يؤدي إلى تدهور الخصائص الميكانيكية للمواد، ويعتبر تطبيق طلاءات حاجز الهيدروجين وسيلة فعالة لتخفيف هذه المشكلة. لقد تم دراسة طلاءات الزركونيا (ZrO2) على نطاق واسع كطلاء حاجز هيدروجين شائع، ولكن الزركونيا تتعرض لانتقال بلوري مع تغير درجة الحرارة، مما يمكن أن يؤدي إلى تغيرات حجمية في الطلاء ومن ثم يتسبب في مشكلات مثل التشقق وتقشير الطلاء. في هذا العمل، تم إعداد طلاء ZrO2 على مصفوفة Q235 باستخدام طريقة سول-جيل، بينما تم إعداد طلاءات زركونيا مستقر باليتريا (YSZ) بمحتويات مختلفة من العناصر الأرضية النادرة لتخفيف سلسلة من المشكلات الناتجة عن تحول شكل البلورة لـ ZrO2. تم تقييم أداء الطلاء من خلال اختبار اختراق الهيدروجين الكهربائي، واختبار صلابة القلم، واختبار الخدش، واختبار الأكسدة عند درجات حرارة عالية. تظهر النتائج أن الإيتريوم يمكن أن يحسن استقرار الطور العالي الحرارة من ZrO2، مما يخفف من مشكلة التشقق في الطلاء بسبب التغير الحجمي الناجم عن الانتقال البلوري؛ كما يحسن من تناسق الطلاء؛ ويقلل من حجم الحبيبات للأكسيد. تأثر أداء طلاء YSZ بشكل كبير بكتلة إضافة الإيتريوم، وكان للطلاء الذي يحتوي على 10 wt% من إضافة الإيتريوم أفضل أداء لحاجز الهيدروجين، وأفضل أداء لمضادات الأكسدة، وأعلى مستوى للصق. مقارنةً بالمصفوفة، انخفض كثافة تيار الهيدروجين في الحالة المستقرة لطلاء YSZ بنسبة 72.3%، وتحسن أداء مضادات الأكسدة بنسبة 65.8%، وكانت صلابة طلاء ZrO2 ومستويات الالتصاق B و4B، بينما ارتفعت صلابة طلاء YSZ والالتصاق إلى 2H و5B. مع الزيادة المتزايدة في كتلة إضافة الإيتريوم، استمرت صلابة الطلاء في التحسن، لكن ارتفعت عيوب الطلاء، مما أدى إلى انخفاض في أداء حاجز الهيدروجين، وأداء مضادات الأكسدة، والالتصاق. في هذا العمل، تم تحسين مختلف أداءات طلاء ZrO2 بشكل كبير من خلال إضافة عنصر الأرض النادرة، مما يوفر مرجعًا لمزيد من تطوير وتطبيق الطلاءات الأكسيدية.