Analiza mikrostruktury powłokowych barier cieplnych TBC po teście cyklicznego utleniania w temperaturze 1100°C

Swadźba, R.; Wiedermann, J.; Rozmus, R.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Analiza mikrostruktury powłokowych barier cieplnych TBC po teście cyklicznego utleniania w temperaturze 1100°C

Autorzy

Swadźba R. , Wiedermann J. , Rozmus R.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Microstructure analysis of thermal barrier coatings after cyclic oxidation test at 1100°C

Języki publikacji

Abstrakty

Powłokowe bariery cieplne (Thermal Barrier Coatings – TBC) wytwarzane metodą EB-PVD (Electron Beam Physical Vapor Deposition) stosowane są na łopatki wirujące oraz kierujące nowoczesnych silników lotniczych oraz turbin stacjonarnych w celu obniżenia temperatury pracy stopów, z których te elementy są wykonane. Stanowią one system powłok, w których skład wchodzi zewnętrzna powłoka ceramiczna ZrO2*Y2O3 (Yttria Stabilized Zirconia – YSZ) zapewniająca ochronę przed skutkami wysokiej temperatury oraz żaroodporna międzywarstwa chroniąca przed utlenianiem. W artykule przedstawiono wyniki analizy zjawisk zachodzących w powłokowych barierach cieplnych na międzywarstwie aluminidkowej modyfikowanej platyną podczas testu cyklicznego utleniania w temperaturze 1100°C. Przeprowadzono analizę zmian w mikrostrukturze międzywarstwy oraz warstwy tlenkowej Al2O3 wzrastającej podczas utleniania wysokotemperaturowego oraz scharakteryzowano obszary, w których następuje degradacja powłokowej bariery cieplnej przez odpadanie zewnętrznej powłoki ceramicznej.

Thermal Barrier Coatings (TBC) produced using EB-PVD (Electron Beam Physical Vapor Deposition) method are applied on rotary and stationary blades of modern jet engines and stationary turbines in order to provide temperature reduction of the alloys these components are made of. This coating system includes a ceramic coating ZrO2*2O3 (Yttria Stabilized Zirconia – YSZ), providing protection from high temperature, and oxidation resistant bond coating. The article presents the results of phenomena analysis that occur in thermal barrier coatings on platinum modified aluminide bond coating during cyclic oxidation test at 1100°C. Changes that occur in the microstructure of the bond coat and Al2O3 oxide layer that grows during high temperature oxidation were analyzed as well as areas where the degradation of the thermal barrier coatings occurs by delamination of the top ceramic coating.

Słowa kluczowe

powłokowe bariery cieplne nadstopy niklu utlenianie wysokotemperaturowe

thermal barrier coatings nickel superalloys high temperature oxidation

Wydawca

Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

Czasopismo

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

Rocznik

2013

Tom

T. 65, nr 3

Strony

29--34

Opis fizyczny

Bibliogr. 23 poz., zdj.

Twórcy

autor

Swadźba R.

Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Wiedermann J.

Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Rozmus R.

Instytut Metalurgii Żelaza

Bibliografia

1. Bose S.: High Temperature Coatings, Elsevier, 2007
2. Tamarin Y.: Protective Coatings for Turbine Blades, ASM International, 2002
3. Reed R.C., in: The Superalloys: Fundamentals and Application, Cambridge University Press, 2008, p. 322
4. Nicholls J.R.: Designing oxidation-resistant coatings, 52 (2000), 28-35
5. Birks N., Meier G.H., F. S. Pettit F.S.: Introduction to the High- Temperature Oxidation of Metals, 2nd Edn., Cambridge University Press, Cambridge, 2006, p. 290
6. Evans G., Clarke D.,Levi C.: The infl uence of oxides on the performance of advanced gas turbines, J. Eur.Ceram. Soc., 28 (2008), 1405.
7. Haynes J.A.: Potential infl uences of bond coat impurities and void growth on premature failure of EB-PVD TBCs, Scr. Mater., 2001, 44, 1147-1152
8. Hou P.Y.: Segregation Phenomena at Thermally Grown Al2O3/Alloy Interfaces, Annu. Rev. Mater. Res. 2008, 38, 275
9. Haynes J.A., More K.L., Pint B.A., Wright I.G., Cooley K., Zhang Y.: Effects of Platinum Additions on the Adherence of Alumina Scales to CVD Aluminide Bond Coatings, Materials Science Forum, 369-372, 679
10. Haynes J.A., Pint B.A., More K.L., Zhang Y., Wright I.G.: Influence of Sulfur, Platinum, and Hafnium on the Oxidation Behavior of CVD NiAl Bond Coatings, Oxid. Met., 58, 2002, 513-544
11. Swadźba R., Wiedermann J., Hetmańczyk M., Swadźba L., Witala B., Moskal G., Mendala B., Komendera Ł.: Microstructural examination of TGO formed during preoxidation on Ptaluminized N5 superalloy, Mater. Corr., 2013, w druku
12. Swadźba R., Hetmańczyk M., Sozańska M., Witala B., Swadźba L.: Structure and cyclic oxidation resistance of Pt, Pt/Pd-modifi ed and simple aluminide coatings on CMSX-4 superalloy, Surf. Coat. Technol., 206 (2011) 1538–1544.
13. Swadźba R., Hetmańczyk M., Wiedermann J., Swadźba L., Moskal G., Witala B., Radwański K.: Microstructure degradation of simple, Pt- and Pt + Pd-modifi ed aluminide coatings on CMSX-4 superalloy under cyclic oxidation conditions, Surf. Coat. Technol. 215 (2013) 16–23.
14. Haynes J.A.: Potential Infl uences of bond coat impurities and void growth on premature failure of EB-PVD TBCs, Scripta mater. 44 (2001) 1147–1152
15. Angenete J., Stiller K., Bakchinova E.: Microstructural and microchemical development of simple and Pt-modifi ed aluminide diffusion coatings during long term oxidation at 1050°C, Surf. Coat. Technol. 176 (2004) 272.
16. Chen M.W., Ott R. T., Hufnagel T.C., Wright P.K., Hemker K.J.:Characterization and modeling of a martensitic transformation in a platinum modified diffusion aluminide bond coat for thermal barrier coatings, Surf. Coat. Technol., 163–164 (2003) 25
17. Zhang Y., Haynes J.A., Pint B.A., Wright I.G., Lee W.Y.: Martensitic transformation in CVD NiAl and (Ni,Pt)Al bond coatings, Surf. Coat. Technol. 163–164 (2003) 19
18. Tolpygo V.K., Clarke D.R.: Temperature and cycle-time dependence of rumpling in platinum-modified diffusion aluminide coatings, Scripta Materialia 57 (2007) 563–566
19. Tolpygo V.K., D.R. Clarke D.R.: On the rumpling mechanism in nickel-aluminide coatings Part I: an experimental assessment, Acta Materialia 52 (2004) 5115–5127
20. Tolpygo V.K.: Development of internal cavities in platinumaluminide coatings during cyclic oxidation, Surface & Coatings Technology 202 (2007) 617–622
21. Swadźba R., Wiedermann J.: Zastosowanie metody STEM oraz FIB w badaniach struktury warstwy wierzchniej żarowytrzymałego monokrystalicznego nadstopu niklu po utlenianiu wysokotemperaturowym, Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2 (2013), 15-19
22. Pint B.A., Oxid. Met., On the formation of interfacial and internal voids in α-Al2O3 scales, 1997, 48, 303-326
23. Pint B.A., More K.L., Wright I.G., Tortorelli P.F.: Characterization of Thermally Cycled Alumina Scales, Materials at High Temperature, 17 (2000), 165-71

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-952c8b7d-ce13-42aa-a9dd-00a62c6c3389