The influence of bond-coat thickness on the temperature distribution and stress level in thermal barrier coatings system

• Autorzy: Jasik Anna

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2019.2.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ grubości warstwy podkładowej na rozkład temperatury i naprężeń w powłokowych barierach cieplnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of numerical calculation of the temperature distribution and thermal stresses in model of two layered thermal barriers coatings of DCL type deposited on the superalloy coupons with NiCrAlY bond-coat. The variable parameter was the thickness of bond-coat layers. In all cases it was assumed that the bond-coat would be the NiCrAlY type coat obtained by plasma spraying, just as the outer insulating layer. The thickness of the bond-coat layer is 100 μm to 300 μm. As the substrate material, the In 625 nickel superalloy was adopted. The insulation layer of TBC systems was built from outer sublayer based on La2Zr2O7 (LZO) ceramic and internal layer was built from conventional 8YSZ. A total thickness of insulation layer was assumed as 300 μm. Presented analysis showed that the overall thickness of bond-coat has important influence on the temperature distribution as well as the thermal stresses. The maximum temperature differences between extreme thickness value was calculated on the level of 50°C.

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu temperatury i naprężeń termicznych w powłokowych barierach cieplnych typu DCL naniesionych na elemencie nadstopu z warstwą wiążącą typu NiCrAlY. Zmiennym parametrem była grubość warstw wiążących. We wszystkich przypadkach założono, że powłoka wiążąca była powłoką typu NiCrAlY otrzymaną przez natryskiwanie plazmowe, podobnie jak zewnętrzna warstwa izolacyjna. Grubość warstwy powłoki wiążącej wynosi od 100 μm do 300 μm. Jako materiał podłoża przyjęto super -stop niklu In 625. Warstwa izolacyjna systemów TBC została zbudowana z zewnętrznej warstwy nośnej na bazie ceramicznej La2Zr2O7 (LZO), natomiast wewnętrzna warstwa została zbudowana z konwencjonalnego proszku 8YSZ. Całkowitą grubość warstwy izolacyjnej przyjęto jako 300 μm. Przedstawiona analiza wykazała, że całkowita grubość warstwy wiążącej ma istotny wpływ na rozkład temperatury, jak również na naprężenia termiczne. Maksymalne różnice temperatur pomiędzy ekstremalną wartością grubości obliczono na poziomie 50 ° C.

Słowa kluczowe

EN

FEM; bond coat; thermal barrier coatings; temperature distribution; thermal stress; double-ceramic-layer

PL

MES; warstwa podkładowa; powłokowe bariery cieplne; rozkład temperatury; naprężenie cieplne; powłoki dwuwarstwowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 2
• Strony: 41--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Jasik Anna

• Silesian University of Technology, Institute of Materials Engineering, 40-019 Katowice, Krasińskiego Street 8, Poland

Bibliografia

• [1] Ashby Michael F., Johnes David R.H., 1996. Materiały inżynierskie, Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów 2. Warszawa: WNT.
• [2] Cao X.Q., Vassen R., Stoever D., 2004. “Ceramic materials for thermal barrier coatings”. Journal of the European Ceramic Society 24: 1–10.
• [3] Richerson David W. 2006. Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing, and Use in Design, 3rd Edition. Taylor&Francis Group, LLC, USA
• [4] Pampuch Roman. 2014. An introduction to ceramics. Springer International Publishing AG.
• [5] Pawłowski Lech. 1995. The science and engineering of thermal spray coatings. John Wiley & Sons, Inc.
• [6] Swadźba Radosław, Hetmanczyk Marek, Wiedermann Jerzy; et al. 2013. “Microstructure degradation of simple, Pt- and Pt+Pd-modified aluminide coatings on CMSX-4 superalloy under cyclic oxidation conditions”. Surface & Coatings Technology 215 : 16–23.
• [7] Swadźba Lucjan, Moskal Grzegorz, Mendala Bogusław, et al.. 2008. “Characterization of microstructure and properties of tbc systems with gradient of chemical composition and porosity”. Archives Of Metallurgy And Materials 53 (3 ) : 945–954.
• [8] Szkliniarz Agnieszka, Moskal Grzegorz, Szkliniarz Wojciech, et al. 2015. “Improvement of oxidation resistance of Ti-47Al-2W-0.5Si alloy modified by aluminizing method”. Surface & Coatings Technology 277 : 270–277.
• [9] Guo H.B., Vasen R., Stover D. 2005. “Thermophysical properties and thermal cycling behavior of plasma sprayed thick thermal barrier coatings”. Surface and Coatings Technology 192 : 48–56.
• [10] DeMasi-Marcin J. T., Gupta D. K. 1994. “Protective coatings in the gas turbine engine”. Surface and Coating Technology 68-69: 1–9.
• [11] Materials/manufacturing plan for advanced turbine systems program. DOEJOR Report 2007, U.S. Department of Energy, Washington, DC, (1994) [w:] Proceedings of the 1995 Thermal Barrier Coating Workshop. Compiled by W. J. Brindley. NASA Conference Publication 3312 (1995).
• [12] Vassen Robert, Cao Xueqiang, Stoever Detlev. 2001. “Improvement of new thermal barrier coating systems using layered or graded structure”. M. Singh, T. Jessen (Eds.) Proceedings of the 25th Annual International Conference on Composites, Advanced Ceramic, Materials, and Structures, The American Ceramic Society, Westerville, OH 435–442.
• [13] Cao Xueqiang, Vassen Robert, Tietz F., Stoever Detlev. 2006. “New double-ceramic-layer thermal barrier coatings based on zirconia-rare earth composite oxides”. Journal of European Ceramic Society 26: 247–251.
• [14] Richerson David W. 1992. Modern Ceramic Engineering: properties, processing, and use in design. New York: Marcel Dekker, Inc.
• [15] Granlich Michael Rainer. 1997. Beitrag zur Simulation des Versagensverhaltens thermisch gespritzter Wärmedämmschichten mittels der Finite Elemente Method. Dortmund: Shaker Verlag.
• [16] Jasik Anna, 2018. “The numerical analysis of stress and temperature distribution in a double-ceramic-layer (DCL) type of La2Zr2O7/8YSZ thermal barrier coatings (TBC) in as-sprayed state”. Ochrona przed Korozją, 61 (12) : 369–374.
• [17] Moskal Grzegorz, Jasik Anna, 2016. “Thermal diffusivity characterization of bondcoat materials used for thermal barrier coatings”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 126 (1) : 9–17.

Uwagi

This work was supported by the National Science Centre, Poland, under grant number 11/030/PBU17/0176