Evaluation of colour changes of the blade surface after exposure to high temperature

• Autorzy: Bogdan Mariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9225

Warianty tytułu

PL

Ocena zmian barwnych powierzchni łopatek po oddziaływaniu wysokiej temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research on the effect of temperature, including temperatures outside the nominal operating range, on the condition of the protective layer (coating) of aircraft engine gas turbine blades. The experiment focused on the effect of temperature, omitting the influence of the chemical effect of the working medium (exhaust gas). Certain relationships were demonstrated between the recorded surface colours of the blades and changes in the chemical composition, coating thickness and roughness of the surface layer. An analysis of surface colours was carried out in the L*a*b* colour space. It allowed determining the colour relations (quantitative assessment) between the recorded surfaces. In addition, the chromatic components a* and b* were associated with the change in coating thickness. The obtained results indicate the great potential of this space in diagnosing the technical condition of blades based on the analysis of their colour.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury, w tym także temperatur wykraczających poza zakres nominalnej pracy, na stan warstwy ochronnej (powłoki) łopatek turbiny gazowej silników lotniczych. W eksperymencie skoncentrowano się na efekcie oddziaływania temperatury, pomijając wpływ chemicznego oddziaływania czynnika roboczego (spalin). Wykazano pewne zależności między zarejestrowaną kolorystyką powierzchni łopatek a zmianami składu chemicznego, grubości powłoki oraz chropowatości warstwy wierzchniej. Przeprowadzono analizę barw powierzchniowych w przestrzeni kolorów L*a*b*. Pozwoliła ona na określenie relacji kolorystycznych (ilościową ocenę) pomiędzy zarejestrowanymi powierzchniami. Ponadto składowe chromatyczne a* i b* powiązano ze zmianą grubości powłoki. Uzyskane wyniki wskazują na duży potencjał tej przestrzeni w diagnostyce stanu technicznego łopatek na podstawie analizy ich barwy.

Słowa kluczowe

EN

coating; surface topography; surface colour; temperature effect

PL

łopatka; powłoka; topografia powierzchni; kolorystyka powierzchni; oddziaływanie temperatury

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 54, iss. 4
• Strony: 69--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bogdan Mariusz

• Bialystok University of Technology (Politechnika Białostocka), Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9960-7210

Bibliografia

• 1. N. Birks, G.H. Meier, F. S. Pettit, Introduction to the high-temperature oxidation of metals. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2009.
• 2. J. Błachnio, M. Bogdan, D. Zasada, “Increased temperature impact on durability of gas turbine blades”, Eksploat. Niezawod., vol. 19, pp. 48-53, 2017.
• 3. R. Darolia, “Development of strong, oxidation and corrosion resistant nickel-based superalloys: critical review of challenges, progress and prospects”, Int. Mater. Rev., vol. 64, no. 3, pp. 355-380, 2018.
• 4. G. Gudivada, A. K. Pandey, “Recent developments in nickel-based superalloys for gas turbine applications: review”, J. Alloy. Compd., vol. 963, 2023.
• 5. T. M. Pollock, S. Tin, “Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: Chemistry, microstructure, and properties”, J. Propuls. Power, vol. 22, pp. 361-374, 2006.
• 6. A. Ponańska, „Żywotność łopatek silników lotniczych ze stopu EI-867 w aspekcie odkształcenia niejednorodnego i zmian strukturalnych”, doctoral dissertation, Rzeszów Univ. of Technol., Rzeszów, 2000.
• 7. M. Kopec, “Recent advances in the deposition of aluminide coatings on nickel-based superalloys: a synthetic review (2019–2023)”, Coatings, vol. 14, no. 630, 2024.
• 8. V.P. Pankov, V. A. Nefedovsky, A.N. Statkevich, “Study of coating efficiency of turbine blades of aircraft gas turbine engines”, Strengthening Technol. Coat., vol. 20, no. 7, pp. 299-305, 2024.
• 9. M. Bogdan, J. Błachnio, J. Spychała, D. Zasada, “Assessment of usability of the exploited gas turbine blade heat-resistant coatings”, Eng. Fail. Anal., vol. 105, pp. 337-346, 2019.
• 10. M. Bogdan, W. Zieliński, T. Płociński, K. J. Kurzydłowski, “Electron microscopy characterization of the high temperature degradation of the aluminide layer on turbine blades made of a nickel superalloy”, Materials, vol. 14, no. 3240, 2020.
• 11. C. Grimme, C. Oskay, L. Mengis, M.C. Galetz, “High temperature wear behavior of δ-Ni₂Al₃ and β-NiAl coatings formed on pure nickel using pack cementation process and diffusion heat treatment”, Wear, vol. 477, no. 203850, 2021.
• 12. R. Swadźba, L. Swadźba, B. Mendala, B. Witala, J. Tracz, K. Marugi, Ł. Pyclik, “Characterization of Si-aluminide coating and oxide scale microstructure formed on γ-TiAl alloy during long-term oxidation at 950 °C”, Intermetallics, vol. 87, pp. 81-89, 2017.
• 13. J. Wen, C. Fei, S. Y. Ahn, L. Han, B. Huang, Y. Liu, and H. Kim, “Accelerated damage mechanisms of aluminized superalloy turbine blades regarding combined high-and-low cycle fatigue”, Surf. Coat. Technol., vol. 451, 2022.
• 14. A. J. Aust, S. Shankland, D. Pons, R. Mukundan, A. Mitrovic, “Automated defect detection and decision-support in gas turbine blade inspection”, Aerospace, vol. 8, no. 30, 2021.
• 15. J. Błachnio, M. Bogdan, A. Kułaszka, “New non-destructive methods of diagnosing health of gas turbine blades”. In: Advances in Gas Turbine Technology, E. Benini, Ed. London, UK: InTech, 2011.
• 16. M. Bogdan, J. Błachnio, A. Kułaszka, M. Derlatka, “Assessing the condition of gas turbine rotor blades with the optoelectronic and thermographic methods”, Metals, vol. 1, no. 31, 2019.
• 17. D. Kukla, M. Kopec, R. Sitek, A. Olejnik, S. Kachel, Ł. Kiszkowiak, “A novel method for high temperature fatigue testing of nickel superalloy turbine blades with additional NDT diagnostics”, Materials, vol. 14, no. 1392, 2021.
• 18. P. Ma, C. Xu, D. Xiao, “Robotic ultrasonic testing technology for aero-engine blades”, Sensors, vol. 23, no. 3729, 2023.
• 19. M. Mohammadian et al., “Nondestructive inspection of gas turbine blades by active thermography using different fluids”, Proc. Inst. Mech. Eng., Part B: J. Eng. Manufacture, vol. 236, no. 12, pp. 1553-1563, 2022.
• 20. X. Pan, T. Xiang, Y. He, J. Wu, H. Xia, T. Lei, J. Wang, “A crack detection method for aero-engine blade based on air-flow thermography”, J. Nondestruct. Eval., vol. 42, no. 1, pp. 1-9, 2023, doi: 10.1007/s10921-023-00928-y.
• 21. CIE 142:2001. International Lighting Vocabulary, International Commission on Illumination (CIE), 2001.
• 22. M. D. Fairchild, Color Appearance Models. 2nd ed. Wiley-IS&T Series in Imaging Science and Technology, 2005.
• 23. A. Koschan, M. A. Abidi, Digital Color Image Processing. NY, USA: Wiley-Interscience, 2008.
• 24. D. Sundararajan, Color Image Processing, in Digital Image Processing. Springer: Singapore, 2017.
• 25. G. Wyszecki, S.S. Narasimhan, Digital Color Imaging. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 2008.