The influence of interlayer thickness on temperature distribution and stress in thermal barrier coatings

• Autorzy: Jasik A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ grubości międzywarstwy na rozkład temperatury i naprężeń w powłokowych barierach cieplnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of numerical calculations of temperature distribution and thermal stress in a thermal barrier coating (TBC) applied by thermal spraying on the element of nickel superalloy. The assumed point of reference was a set of conventional TBCs made of the 8YSZ powder with the insulating layer thickness ranging between 150 μm and 300 μm. A numerical analysis was conducted to examine thermal barrier coatings where the outer ceramic layer was made of powders of a new type with the generalised formula being RE2Zr2O7, where RE = Gd, La, Sm, and Nd. For all cases, it was assumed that the primer would be the NiCoCrAlY type coating obtained by plasma spraying similarly to the outer insulating layer. The primer depth ranged from 150 μm to 300 μm. The assumed substrate material was the In 625 type nickel superalloy.

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu temperatury i naprężeń cieplnych w powłokowej barierze cieplnej (TBC) naniesionej na elemencie z nadstopu niklu metodą natrysku cieplnego. Jako punkt odniesienia przyjęto konwencjonalne powłoki TBC otrzymane z proszku 8YSZ o grubości warstwy izolacyjnej na poziomie wynoszącym od 150 μm do 300μm. Analizie numerycznej poddano powłoki TBC, w których zewnętrzną warstwę ceramiczną otrzymano z proszków nowego typu o ogólnym wzorze RE2Zr2O7, gdzie RE=Gd, La, Sm i Nd. We wszystkich przypadkach przyjęto, że warstwa podkładowa to powłoka typu NiCoCrAlY otrzymana metodą natrysku plazmowego, podobnie jak zewnętrzna warstwa izolacyjna. Grubość warstwy podkładowej wynosi od 150 μm do 300 μm. Jako materiał podłoża przyjęto nadstop niklu typu In 625.

Słowa kluczowe

EN

TBC; temperature distribution; thermal stress; FEM

PL

powłokowa bariera cieplna; rozkład temperatury; naprężenie cieplne; MES

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 1
• Strony: 99--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Jasik A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, Katowice, Poland

Bibliografia

• 1. Orłoś Z.: Naprężenia cieplne, PWN, Warszawa 1991.
• 2. Włosiński Wł.: Połączenia ceramiczno-metalowe. WN, Warszawa 1984.
• 3. Zdaniewski W.A., Conway J.C. jr., Kirchner H.P.: Effect of Joint Thickness and Residual Stresses on the Properties of Ceramic Adhesive Joints: II, Experimental Results. Journal of the American Ceramic Society 70 (2), 1987.
• 4. Gopkalo A.P., Rutkovsky A.V.: The effect of PVD coatings on the tensile strength and low-cycle fatigue resistance of stainless steel and titanium alloys. Fatigue & Fracture of Eng. Materials & Structures, Vol. 34, Issue 12, 2011, 1012-1020.
• 5. Maier S.M, Gupta D.K.: The evolution of thermal barrier coating in gas turbine applications, J. of Eng. for gas turbines and power, nr.116, 1994, 250-257.
• 6. MRS Bulletin, Thermal-barrier coatings for more efficient gas - turbine engines, nr 10, Wyd. Cambridge University, 2012.
• 7. Moskal G.: Mikrostruktura i właściwości natryskiwanych plazmowo powłokowych barier cieplnych na bazie cyrkonianu gadolinu, Gliwice, Wyd. Politechniki Śląskiej, 2012.
• 8. Jasik A.: Modelowanie rozkładu temperatury w powłokowych barierach cieplnych. Rudy Metale 2016, 61 nr 2, 78-82.
• 9. Niemiec D., Moskal G., Mikuśkiewicz M., Mościcki A., Carski Ł., Jasik A.: Wpływ stanu powierzchni na proces utleniania powłok typu NiCrAlY na stopie Inconel 625, Ochrona przed korozją, nr 7, 2014, 255-260.
• 10. Moskal G., Jasik A., Niemiec D.: Mikrostruktura materiału powłokotwórczego na bazie spiekanego krzemku molibdenu modyfikowanego tlenkami ZrO2, CeO2 i HfO2. Ochr. przed Korozją, 2015, 58 nr 5, 206.
• 11. Moskal G., Jasik A.: Thermal diffusivity characterization of bond-coat materials used for thermal barrier coatings. J. Therm. Anal. Calorimetry 2016 vol. 126 iss. 1, 9-17.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).