Charakterystyka zjawisk mikrostrukturalnych w strefie tlenków TGO w powłokowych barierach cieplnych typu RE2 Zr2O7

• Autorzy: Moskal G.

Warianty tytułu

EN

Characteristics of microstructural phenomena in TGO zone of TbC layer of RE2Zr2O7 type

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych przeprowadzonych w strefie TGO w warstwach TBC typu Gd 2Zr2O7, La 2Zr2O7, Nd2Zr2O7 i Sm 2Zr2O7 otrzymanych metodą natrysku plazmowego APS na stopie niklu AMS5599 i warstwie podkładowej NiCrAlY. Analizowane systemy TBC poddano utlenianiu izotermicznemu w temperaturze 1100°C w powietrzu przez łączny czas wynoszący 500 h. Po zakończeniu testu wykonano badania mikroskopowe, na podstawie których określono grubość strefy TGO we wszystkich czterech przypadkach. Uzyskane wyniki odniesiono do pomiarów przeprowadzonych dla warstwy konwencjonalnej typu 8YSZ utlenianej w tych samych warunkach. Wykonane analizy wykazały większą szybkość wzrostu strefy TGO w przypadku warstw otrzymanych z proszków cyrkonianowych. Efekt ten jest szczególnie silny już po 10 h testu, a jego intensywność rośnie wraz z upływem czasu utleniania. Badania mikrostruktury strefy TGO w warstwach cyrkonianowych wykazały, że tlenki te charakteryzują się budową złożoną, a ich morfologia różni się znacznie w obszarze dna i wierzchołka profilu chropowatości międzywarstwy. Badania składu chemicznego w mikroobszarach wykonane metodą EDS oraz ocena składu fazowego dokonana za pomocą EBSD wykazały możliwość tworzenia się w strefie TGO, poza tlenkiem α-Al2O3, również spineli oraz tlenków przejściowych z układu RE-Zr-O o strukturze sieci typu perowskitów REAlO3. Wyniki te zostały potwierdzone za pomocą konwencjonalnej analizy składu fazowego metodą XRD na powierzchni warstw TBC po odpadnięciu zewnętrznej warstwy ceramicznej.

EN

The results of microstructural tests carried out in the TGO zone in TBC layers type Gd 2Zr2O7, La 2Zr2O7, Nd 2Zr2O7 and Sm 2Zr2O7, obtained by the APS method on the AMS5599 nickel alloy and the NiCrAlY bond-coat, are presented in this paper. The analyzed TBC systems underwent isothermal oxidation at a temperature of 1100°C for 500 h. After having prepared the samples, microscopic tests were carried out, on the basis of which the thickness of the TGO zone was defined in all four cases. The obtained results were then subjected to measurements, which were carried out on an example of the 8YSZ conventional layer, oxidized in the same conditions. The conducted analyses revealed predominantly higher kinetics in growth of the TGO zone in the case of layers, which were obtained from zirconate powders. This effect is particularly strong already after 10 h of testing and its intensity grows together with time. The tests of the microstructure of the TGO zone in the zirconate layers revealed that these oxides were characterized by a complex structure and their morphology was considerably different in the bottom area and on the top of the roughness profile of the bond-coat. Tests of the chemical composition in microareas carried out by the EDS method and evaluation of the phases composition, carried out by EBSD revealed that in the TGO zone, evidently except the α-Al2O3 oxide, complex oxides of spinel lattice as well as transitional oxides from the RE-Zr-O system of the REAlO3 perovskites type lattice structure were able to form themselves. The results of the tests were also proved by conventional analysis of the phase composition by the XRD method on the surface of the TBC layers after the outside ceramic layer fell off.

Słowa kluczowe

PL

powłokowe bariery cieplne; degradacja; RE2Zr2O7; TGO

EN

thermal barrier coatings; degradation; RE2Zr2O7; TGO

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 1
• Strony: 18--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Moskal G.

• Katedra Nauki o Materiałach, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Evans A. G., Mumm D. R., Hutchinson J. W., Meier G. H., Pettit F. S.: Mechanisms controlling the durability of thermal barrier coatings. Progress in Materials Science 46 (2001) 505÷553.
• [2] Quadakkers W. J., Tyagi A. K., Clemens D., Anton R., Singheiser L.: The significance of bond coat oxidation for the life of TBC coatings. [in:] Hampikian J. M., Dahotre N. B. (eds) Elevated temperature coatings: surface and technology III. The Minerals, Metals & Materials Society (1999) 119÷130.
• [3] Niranatlumpong P., Ponton C. B., Evans H. E.: The failure of protective oxides on plasma-sprayed NiCrAlY overlay coatings. Oxidation of Metals 53 (2008) 241÷258.
• [4] Evans H. E., Strawbridge A., Carolan R. A., Ponton C. B.: Creep effects on the spallation of an alumina layer from a NiCrAlY coating. Materials Science and Engineering A 225 (1997) 1÷8.
• [5] Pint B. A.: Optimization of reactive-element additions to improve oxidation performance of alumina-forming alloys. Journal of American Ceramic Society 86 (2003) 686÷695.
• [6] Nijdam T. J., Marijnissen G. H., van Pers N. M., Sloof W. G.: Oxide phase development upon high temperature oxidation of γ-NiCrAl alloys. Materials and Corrosion (2006) 269÷275.
• [7] Schulz U., Menzebach M., Leyens C., Yang Y. Q.: Influence of substrate material on oxidation behaviour and cyclic lifetime of EB-PVD TBC. Surface and Coating Technology 146-147 (2001) 117÷123.
• [8] Moskal G., Swadźba L., Mendala B., Góral M., Hetmańczyk M.: Degradation of the TBC system during the static oxidation test. Journal of Microscopy 237 (2010) 450÷455(6).
• [9] Swadźba L., Moskal G., Mendala B., Gancarczyk T.: Characterization of APS TBC system during isothermal oxidation at 1100°C. Archives of Materials Science and Engineering 28 (2007) 757÷764.
• [10] Swadźba L., Moskal G., Mendala B., Gancarczyk T.: Characterization of air plasma sprayed TBC coating during isothermal oxidation at 1100°C. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 21 (2007) 81÷84.
• [11] Moskal G.: Microstructure and thermal diffusivity of micro- and nanosized YSZ. Materials Science Forum 638-642 (2010) 900÷905.
• [12] Moskal G., Grabowski A.: The impact of manufacturing technology on the thermal and electrical properties of ceramic powders intended for spraying using the APS method. Key Engineering Materials 465 (2011) 219÷222.
• [13] Moskal G., Swadźba L., Hetmańczyk M., Witala B., Swadźba R., Rozmysłowska A.: Characteristics of phenomena in RE2Zr2O7-Al2O3 type powders in high temperature annealing conditions. Key Engineering Materials 512-515 (2011) 583÷588.
• [14] Moskal G.: Charakterystyka wybranych właściwości cieplnych proszków ceramicznych typu RE2Zr2O7. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1107÷1112.
• [15] Moskal G., Dercz G.: Effect of heat treatment on structure and phase transformation of rare earth (Gd) zirconate, Solid State Phenomena 163 (2010) 157÷160.
• [16] Moskal G., Witala B., Rozmysłowska A.: Thermal diffusivity of RE2Zr2O7- type ceramic powders intended for TBC's deposited by APS. Archives of Materials Science and Engineering 36 (2009) 76÷81.