Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Jasik Anna

Ochrona przed Korozją

|

2019

|

nr 2

41--45

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.

2

The formation of pyrochlores during plasma spraying of REO and zirconia oxides powder mixture

Kubaszek Tadeusz, Nowak Wojciech J., Pędrak Paweł, Góral Marek, Rybus Kinga, Ślemp Karol

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2019

|

Vol. 3, No 2

141--147

EN

The pyrochlores are the promising low-thermal conductive materials for Thermal Barrier Coatings applications. In present work the concept of pyrochlore formation during APS spraying of ZrO2 and ReO was analyzed. The specially prepared agglomerated mixtures of ZrO2 with Nd2O3, Yb2O3, Er2O3 and Gd2O3 oxides were plasma sprayed using A60 plasma torch on NiCoCrAlY-type bond coat. The influence of plasma gasses composition on coatings’ microstructure was investigated. The results of XRD phase analysis proved formation of pyrochlores from Gd2O3 +ZrO2 and Nd2O3+ZrO2 mixtures. The formation of Er4O12Zr3 from Er2O3+ ZrO2 mixture as well as Zr3Yb4 from Yb2O3+ ZrO2 powder was detected. The presence of pure rare earth oxides (REO) and zirconia oxides was observed in all types of sprayed coatings. The microstructural assessment showed differences in porosity and thickness of obtained ceramic coatings depending of type of REO oxides. The analysis of results showed that it is possible to obtain pyrochlore ceramic coatings from pure oxides mixture. The plasma energy was not efficient for full formation of pyrochlores, therefore the presence of pure oxides was observed.

3

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

Jasik A.

Ochrona przed Korozją

|

2018

|

nr 12

369--374

EN

The paper presents the results of numerical calculations of the temperature distribution and thermal stresses in two systems of layered thermal barrier coatings (TBC) of DCL (double-ceramic--layer) type deposited on the In625 Ni-based superalloy by atmospheric plasma spraying (APS). Conventional monolayered TBC obtained from 8YSZ (6-8% wt. Y2O3×ZrO2) and LZO (La2Zr2O7) powders with an insulation layer thickness of 300 μm was used as the reference material. Numerical analysis was applied to the DCL TBC systems in which the external ceramic layer was obtained from LZO powder, while the internal layer was a 8YSZ zone. The thickness of both types of ceramic sublayers was a variable parameter. In all cases it was assumed that the bond-coat would be the NiCrAlY type of coating obtained by atmospheric plasma spraying. The thickness of the bond-coat layer was 200 microns. The starting point was a TBC system with the same thickness of both zones (150 μm each), while further variants included coatings with the following mutual ratios of thickness of both materials (sub-layers):20/80, 30/70, 50/50, 70/30 and 80/20. The purpose of these analyses was to determine the optimum value of the thickness ratio of individual ceramic zones in DCL coatings, not only from the point of view of the insulation effect, but primarily the state of stresses determining the durability of the entire TBC system. Numerical analysis of stress and temperature distribution indicates that the life cycle of DCL coatings should be strongly dependent on the thickness ratio of ceramic zones LZO and YSZ, while the two-layer coatings show better aggregate insulation characteristics and related stress states.

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu temperatury i naprężeń cieplnych w dwuwarstwowych powłokowych barierach cieplnych (DLC double-ceramic-layer) naniesionych na elemencie z nadstopu niklu metodą natrysku cieplnego. Jako punkt odniesienia przyjęto konwencjonalne powłokowe bariery cieplne (TBC) otrzymane z proszku 8YSZ (6-8% wagowych Y2O3 x ZrO2) oraz LZO (La2Zr2O7) o grubości warstwy izolacyjnej na poziomie wynoszącym 300 μm. Analizie numerycznej poddano powłoki TBC, w których zewnętrzną warstwę ceramiczną otrzymano z proszku LZO, natomiast warstwą wewnętrzną była strefa 8YSZ. Grubość obu rodzajów warstw ceramicznych była parametrem zmiennym. We wszystkich przypadkach przyjęto, że warstwa podkładowa to powłoka typu NiCrAlY otrzymana metodą natrysku plazmowego, podobnie jak zewnętrzna warstwa izolacyjna. Grubość warstwy wiążącej wynosiła 200 mikronów. Punktem wyjścia był system TBC o tej samej grubości obu stref (każda o grubości 150 μm), podczas gdy kolejne warianty obejmowały powłoki o następujących wzajemnych stosunkach grubości obu materiałów (podwarstw): 20/80, 30/70, 50 / 50, 70/30 i 80/20. Celem tych analiz było określenie optymalnej wartości stosunku grubości poszczególnych stref ceramicznych w powłokach DCL, nie tylko z punktu widzenia efektu izolacji, ale przede wszystkim stanu naprężeń determinujących trwałość całego układu TBC. Analiza numeryczna rozkładu naprężeń i temperatury wskazuje, że cykl życia powłok DCL powinien być silnie uzależniony od stosunku grubości stref ceramicznych LZO i YSZ, podczas gdy powłoki dwuwarstwowe wykazują lepszą charakterystykę izolacji kruszywa i związany z tym stan naprężenia.

4

The application of tumble finishing in surface preparation process for deposition of TBC coatings

Kotowski S., Nowotnik A., Sieniawski J., Butkiewicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

8--14

EN

Thermal barrier coatings (TBC) are widely used for protection of turbine blades against aggressive thermomechanical and chemical degradation during operation in hot section of aircraft engine. Quality and properties of TBC coating is strictly related to preparation of substrate material (grinding, and rounding off edges, polishing and cleaning). In the article, tumble finishing as method for surface preparation before deposition of thermal barrier coatings has been described. The process was performed for different types of ceramic feedstock and base material in order to obtain homogeneous roughness. Tumbling was carried out using centrifugal polishing machine. The research was divided into three stages. The first one consisted in investigation of the influence of rotational velocity and water flow, on the course of tumbling process. Afterwards, proper type of ceramic feedstock has been selected. During the last stage, ready-to-use recipes for polishing of samples made of for CMSX–4, Inconel® 718 and stainless steel 1.4016 were developed.

PL

W artykule przedstawiono procedurę wytwarzania powłokowych barier cieplnych (TBC) na przykładzie łopatki turbiny stosowanej jako element konstrukcji części gorącej silnika lotniczego. Opisano proces odlewania łopatki wykonanej z nadstopu niklu CMSX- 4, procedurę przygotowania powierzchni, obróbkę cieplną oraz metody wytwarzania dwuwarstwowej powłoki TBC; z metaliczną warstwą pośrednią oraz ceramiczną warstwą wierzchnią. Międzywarstwa i warstwa wierzchnia zostały wytworzone w procesie, odpowiednio, chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) oraz fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów (EB-PVD). Obróbka wirowa jest jedną z metod przygotowania powierzchni materiału bazowego i międzywarstwy do osadzania warstw powłoki TBC. W trakcie badań wykonano obróbkę wirową dla różnych wartości przepływu wody, prędkości obrotowej komory roboczej (bębna) oraz typów wsadu ceramicznego (geometrii kształtek ceramicznych). Celem badań było opracowanie procedury przygotowania powierzchni próbek wykonanych z nadstopów niklu CMSX–4 i Inconel® 718 oraz stali nierdzewnej 1.4016.

5

Degradacja powierzchni zewnętrznej warstw ceramicznych powłok TBC typu Gd2Zr2O7 + 8YSZ w warunkach utleniania statycznego w temperaturze 1100°C

Moskal G., Mikuśkiewicz M.

Ochrona przed Korozją

|

2014

|

nr 3

72--77

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące oceny degradacji w warunkach utleniania warstw ceramicznych powłokowych barier cieplnych natryskiwanych plazmowo przy użyciu proszków typu Gd2Zr2O7 oraz 8YSZ w proporcjach 50/50, 25/75 oraz 75/25. Dokonano oceny makro i mikrostruktury warstw ceramicznej po okresie 500 godzin ekspozycji w temperaturze 1100°C w atmosferze powietrza. Stwierdzono, że warstwy ceramiczne charakteryzują się zadowalającą przyczepnością w warunkach testu. Zniszczeniu uległy jedynie obszary na krawędziach cięcia próbek. Szczegółowa analiza powierzchni warstwy ceramicznej wykazała, że tworzą się na niej liczne pustki będące efektem roztrawiania cieplnego materiału ceramicznego. Zjawisko to może wpływać na zwiększenie ilości porów otwartych, a to z kolei przyspieszać może proces niszczenia warstwy TBC.

EN

Results of investigations related to degradation process assessement of ceramic topcoat of thermal barier coatings in atmosphere of air was showed in this article. Those TBC systems was deposited by thermal sprying process of mixed feedstock powders of Gd2Zr2O7 and 8YSZ types in ratio as follow: of 50/50, 25/75 and 75/25. The evaluation of macro and microstructure of ceramic top coat after exposition at 1100°C during 500 hours was made. It was detected that ceramic coatings of all types are characterized by good adhesion to the bond-coat expect areas of edges of specimens. Detailed analysis of top surface of ceramic layer revealed that many voids is created during test. That the result of so called thermal etching of ceramic. This phenomena can influence on increasing of open porosity, which can accelerated destruction process of whole TBC system.

6

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

Swadźba R., Wiedermann J., Rozmus R.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2013

|

T. 65, nr 3

29--34

PL

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.

EN

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.

7

Wybrane zagadnienia natryskiwania plazmowego w warunkach obniżonego ciśnienia LPPS powłokowych barier cieplnych na podłożu stopów tytanu na osnowie faz międzymetalicznych γ (TiAl)

Góral M., Sieniawski J., Kubiak K.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 2

75--77

PL

W artykule przedstawiono ogólną charakterystykę procesów wytwarzania międzywarstw dla powłokowych barier cieplnych (TBC) na podłożu elementów wykonanych ze stopów tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ (TiAl). Przeprowadzono analizę zastosowania procesów natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS) oraz fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów (EB-PVD). Omówiono obecnie wprowadzany nowy proces natryskiwania plazmowego w warunkach obniżonego ciśnienia (LPPS Thin Film). Przedstawiono koncepcję zastosowania tej metody do wytwarzania warstwy ceramicznej powłokowych barier cieplnych na łopatkach turbiny niskiego ciśnienia silników lotniczych wytwarzanych ze stopów tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ (TiAl).

EN

The authors presented in the article the general characterization of the bondcoat deposition processes for the thermal barrier coatings on elements made of titanium alloys based on the γ (TiAl) intermetallic phase. The analysis of application of the plasma spraying processes under atmospheric pressure (APS) and physical vapour deposition involving ingot evaporation with electron beam (EB-PVD) was performed. The currently introduced new plasma spraying process under low pressure (LPPS Thin Film) was described. The authors presented a concept of application for this method of obtaining the ceramic layer for thermal barrier coatings. The layer is deposited on the low-pressure turbine blades of aircraft engines made of titanium alloys on the base of γ-(TiAl) intermetallic phase.

8

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

Moskal G.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 1

18--23

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.

9

Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu Gd2Zr2O7 w warunkach utleniania statycznego

Moskal G.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 4-5

186-191

PL

W artykule dokonano oceny mechanizmu degradacji powłokowych barier cieplnych typu Gd2Zr2O7w warunkach utleniania statycznego w temperaturze 1100 [oC]. Badania przeprowadzono w zakresie obejmującym ocenę kinetyki wzrostu tlenków typu TGO oraz charakterystyki tego obszaru metodami mikroskopii świetlnej, skaningowej wraz z oceną składu chemicznego i fazowego w mikroobszarach metodami odpowiednio EDS i EBSD. Stwierdzono, że mimo zdecydowanie niższej wartości przewodnictwa cieplnego warstwy cyrkonianowej kinetyka wzrostu oraz sam proces degradacji systemu TBC przebiega znacznie szybciej w przypadku warstw nowego typu, co jest związane z silną skłonnością do tworzenia tlenków przejściowych typu GdAlO3 pomiędzy warstwą ceramiki, a tlenkiem aluminium, z którego zbudowana jest warstwa tlenków TGO.

EN

Degradation mechanism of thermal barrier coatings of Gd2Zr2O7 type during static oxidation test at 1100 [oC] in air was characterized in this article. The investigation range was as follow: characterization of kinetic growth of TGO oxide layer, and microstructural description of this region including morphology, chemical composition and phases constituent of oxides by using of EDS and EBSD method. The basic conclusion was acceleration of degradation process in the case of Gd2Zr2O7 ceramic layer even though the lower thermal conductivity of new type of TBC. The reason of this fact was relate to perovskite oxide formation of GdAlO3 type between ceramic layer and alumina from TGO layer.

10

Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu DLC 8YSZ/Gd2Zr2O7

Moskal G.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 6

363-366

PL

W artykule dokonano oceny mechanizmu degradacji powłokowych barier cieplnych typu DLC 8YSZ/ Gd2Zr2O7 w warunkach utleniania statycznego w temperaturze 1100 [oC]. Badania przeprowadzono w zakresie obejmującym ocenę kinetyki wzrostu tlenków typu TGO oraz charakterystyki tego obszaru metodami mikroskopii świetlnej, skaningowej wraz z oceną składu chemicznego i fazowego w mikroobszarach metodami odpowiednio EDS i EBSD. Stwierdzono, że układ dwuwarstwowy ceramiki zewnętrznej charakteryzuje się zdecydowanie niższą wartością przewodnictwa cieplnego, a kinetyka wzrostu oraz sam proces degradacji systemu TBC przebiega w sposób porównywalny do warstw konwencjonalnych typu 8YSZ. W konsekwencji, w rzeczywistych warunkach eksploatacji, temperatura powierzchni warstwy podkładowej powinna być zdecydowanie niższa, niż w przypadku warstwy standardowej typu 8YSZ, przy równoczesnym identycznym składzie fazowym tlenków w strefie TGO.

EN

Degradation mechanism of double layer ceramic thermal barrier coatings of 8YSZ/ Gd2Zr2O7 type during static oxidation test at 1100 [oC] in air was characterized in this article. The investigation range included characterization of kinetic growth of TGO oxide layer, and microstructural description of this region with morphology, chemical composition and phases constituent of oxides by using of EDS and EBSD method. The basic conclusion was as follow: degradation process in the case of DLC TBC of 8YSZ/ Gd2Zr2O7 type in TGO area is comparable to the conventional system of 8YSZ system but the thermal conductivity of DLC system is much lower. In consequence, in real conditions of exposure, the temperature of bondcoat should be much lower than in the case of conventional 8YSZ TBC system with the same phases constituent of TGO zone.

11

Technologia i mikrostruktura powłokowej bariery cieplnej uzyskanej metodami natryskiwania plazmowego i aluminiowania gazowego na stopie Re 80

Nowotnik A., Góral M., Filip R., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

645-647

PL

Intensywny rozwój przemysłu lotniczego związany ze zwiększeniem się liczby pasażerów determinuje opracowywanie nowocześniejszych konstrukcji silników lotniczych. Obecnie najbardziej zaawansowanym sposobem ochrony powierzchni łopatek turbin oraz elementów komory spalania przed wysoką temperaturą oraz oddziaływaniem korozyjnym spalin jest stosowanie powłokowych barier cieplnych. Powłoki złożone są z dwóch warstw pełniących odmienne funkcje. Powłokę wewnętrzną stanowi warstwa aluminidkowa uzyskiwana metodami dyfuzyjnymi lub wieloskładnikowy stop typu MeCrAlY. Chroni ona materiał podłoża przed utlenianiem i kompensuje różnice we właściwościach fizycznych pomiędzy warstwą zewnętrzną a materiałem podłoża. Warstwa zewnętrzna zapewnia izolację cieplną - tworzy ją tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. W artykule przedstawiono charakterystykę mikrostruktury powłokowej bariery cieplnej o budowie gradientowej, wielowarstwowej, wytworzonej na powierzchni odlewniczego nadstopu niklu typu Re 80. Międzywarstwę wytworzono w procesie natryskiwania plazmowego (APS) wieloskładnikowego stopu typu MeCrAlY, który następnie poddano aluminiowaniu metodą gazową. Analiza mikrostruktury i składu chemicznego wykazała zwiększenie zawartości aluminium w strefie przypowierzchniowej (do ok. 40% at.) i powstanie fazy NiAl. Stwierdzono obecność licznych tlenków typowych dla procesu natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS). Wytworzona warstwa pośrednia miała budowę charakterystyczną dla procesu niskoaktywnego. Zewnętrzną warstwę ceramiczną (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru) osadzono metodą natryskiwania plazmowego APS. Uzyskana wielowarstwowa powłokowa bariera cieplna może stanowić alternatywę dla konwencjonalnych powłok TBC stosowanych na elementach komory spalania i złożonych z międzywarstwy na bazie stopu MeCrAlY oraz warstwy ceramicznej ZrO2-Y2O3. Niewielka grubość powłoki w porównaniu z konwencjonalnymi powłokami TBC natryskiwanymi plazmowo pozwoli na jej zastosowanie również do ochrony powierzchni łopatek turbiny silnika lotniczego.

EN

Dynamical development of aviation industry is connected with the increase of passengers quantity and determines the research on more advanced aircraft engines construction. The usage of thermal barrier coatings (TBC) is the most advanced way of protecting the turbine blade surface and combustion chamber elements, against high temeprature and corrosive influence of the exhaust gases. The TBC coatings consist of two layers, that introduce different functionality. The aluminide layer obtained with diffusive methods or multicomponent MeCrAlY alloy form the inner layer. It protects the base material against oxidation and compensates the differences in physical properties between the outer layer and the base material. The outer layer is yttrium oxide stabilized zirconium oxide. It provides the thermal isolation. One introduced in the article the microstructure characteristics of the thermal barrier coating with the gradient, mulitlayer structure, obtained on the surface of Re 80 nickel superalloy. The bond-coat was deposited during the plasma spraying process in the conditions of atmospheric pressure (APS) of the multicomponent MeCrAlY alloy, followed by submission it to the gasaluminizing process. The microstructure and chemical composition analysis proofed the increase of aluminium content in the near-surface zone (up to 40% at.) and the formation of grains of the NiAl phase. One confirmed the existence of many other oxides, characteristic for the plasma spraying proces under atmospheric pressure (APS). The structure of created bond-coat was characteristic for the low activity processes. The outer ceramic layer (yttrium oxide stabilized zirconium oxide) wad deposited with a use of APS plasma spraying method. The obtained mulitlayer thermal barrier coating will create the alternative for the conventional TBC coating, which includes the bond-coat, formed on the basis of MeCrAlY alloy, and the ceramic ZrO2-Y2O3 layer used for combustion chamber elements. Small thickness of the coating, in comparison to the conventional TBC coatings obtained during the plasma spraying process, will enable its application for protection of surface of the turbine blade in the construction of aircraft engines.

12

Nowoczesne technologie wytwarzania powłokowych barier cieplnych w Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego

Sieniawski J., Kubiak K., Filip R., Góral M., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

734-737

PL

Dynamiczny rozwój lotnictwa cywilnego i wymagania dotyczące ochrony środowiska determinują rozwój zaawansowanych silników turbowentylatorowych o większych osiągach i mniejszym zużyciu paliwa. Jedną z możliwości sprostania tym wymaganiom jest podwyższenie temperatury pracy silnika. Wymaga to modyfikacji konstrukcji oraz zastosowania zaawansowanych materiałów na łopatki turbin oraz ochronnych warstw żaroodpornych. Najczęściej do ochrony powierzchni łopatek turbin są stosowane wielowarstwowe powłokowe bariery cieplne (TBC). Warstwę wewnętrzną - międzywarstwę - chroniącą przed oddziaływaniem korozyjnym spalin, stanowią dyfuzyjne warstwy aluminidkowe modyfikowane platyną lub warstwy złożone z wieloskładnikowych stopów typu MeCrAlY wytwarzane metodami fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). Warstwa zewnętrzna zwykle jest złożona z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru osadzanych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów (Electron Beam Physical Vapour Deposition, EB-PVD). W pracy przedstawiono nowoczesne metody wytwarzania powłok rozwijane w Uczelnianym Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego Politechniki Rzeszowskiej (LBMPL). Obecnie prowadzone są w laboratorium badania nad wytwarzaniem dyfuzyjnych warstw aluminidkowych modyfikowanych hafnem oraz cyrkonem. Warstwy te powstają w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Jednocześnie są realizowane prace badawcze dotyczące modyfikowania platyną i palladem warstw aluminidkowych wytwarzanych metodą CVD. Stanowią one warstwy pośrednie dla warstw ceramicznych osadzanych metodami EB-PVD i LPPS-Thin Film. Badania doświadczalne są realizowane za pomocą urządzenia EB-PVD typu Smart Coater firmy ALD. Stanowi ono prototypowe rozwiązanie, pozwalające na wytwarzanie powłok ceramicznych na małej liczbie elementów konstrukcyjnych, np. łopatek turbin w celach badawczych. Inną rozwijaną technologię stanowi proces natryskiwania plazmowego pod obniżonym ciśnieniem cienkich warstw (LPPS Thin Film) opracowany przez firmę Suzler Metco. Cechą unikatową urządzenia LPPS-Thin Film jest możliwość odparowania cząstek proszku ceramicznego w strumieniu plazmy. Obniżenie ciśnienia oraz obecność fazy gazowej pozwala na uzyskanie warstw o budowie kolumnowej, o większej odporności na pękanie, charakterystycznych dla procesu EB-PVD. Jednocześnie w laboratorium są prowadzone badania odporności na utlenianie izotermiczne i cykliczne, korozję siarkową, odporność erozyjną, w tym w wysokiej temperaturze oraz oceny stopnia oddziaływania wytworzonych powłokowych barier cieplnych na właściwości mechaniczne materiału podłoża.

EN

Dynamic development of civil aviation and the requirements concerning the environment protection determine the development of advanced turbofans, characterized by better performance and lower fuel consumption. The increase of engine service temperature is one of possibilities to achieve this goal. It requires the modification of its construction and the application of advanced materials for turbine blades and the usage of protective and high temperature resistant coatings. The mulitlayer Thermal Barrier Coatings (TBC) are most often used for protection of turbine blades surface. The diffusion, platinum modified aluminide coatings or the MeCrAlY layers consisting of multicomponent alloys obtained with methods of physical vapour deposition (PVD) constitute the inner layer (bond-coat) which protects against the corrosive influence of exhaust gases. The outer layer consisting, in most cases, of yttrium oxide stabilized zirconium oxide deposited with method of physical vapour deposition, involves vaporization with a use of electron beam (Electron Beam Physical Vapour Deposition, EB-PVD). The modern techniques of coating deposition, developed in the Research and Development Laboratory for Aerospace Materials (LBMPL) at Rzeszow University of Technology are introduced in this paper. In the laboratory, there is currently a research on obtaining the diffusion hafnium or zirconium modified aluminide layer being conducted. Those layers are formed during the process of chemical vapour deposition (CVD). Simultaneously, one conducts a research on modifying of aluminide layers with platinum and palladium during the CVD process. They have an application as the bond-coats for ceramic layer deposited by EB-PVD i LPPSThin Film method. The experimental research are realized with a use of ALD Smart Coater EB-PVD device. It is the prototype machine, which allows to create, for scientific purposes, the ceramic coating on a small amount of construction elements i.e. turbine blades. The plasma spraying process under low pressure (LPPS Thin Film) developed by Sulzer Metco company is the alternative process for creating layers. The unique property of LPPS-Thin Film device is the possibility of ceramic powder particles vaporization in the plasma jet. Decrease of pressure and existence of gas phase are the factors that allow to form layer with columnar structure, that have better crack resistance and are characteristic for the EB-PVD process. Simultaneously, one conducts in the laboratory a research on isothermal oxidation resistance, sulfur corrosion resistance, erosion resistance (also for high temperature) and on assessment of influence of Thermal Barrier Coatings on the mechanical properties of base material.

13

Wybrane termofizyczne właściwości proszków cyrkonianowych na bazie pierwiastków ziem rzadkich typu RE2Zr2O7 (RE- Gd, La, Sm, Nd) przeznaczonych do natryskiwania cieplnego powłokowych warstw barierowych

Moskal G., Rozmysłowska A., Gazda A., Homa M.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2009

|

T. 49, z. 4

15-26

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wybranych termofizycznych właściwości proszków ceramicznych typu RE2Zr2O7 (RE- Gd, La, Nd, Sm) przeznaczonych do natryskiwania plazmowego powłokowych barier cieplnych. W celach porównawczych przedstawiono również wyniki dla standardowego proszku typu ZrO2-8% wag. Y2O3 (Y8SZ). W celu wyznaczenia tych parametrów wykonano badania przewodności temperaturowej a (metodą laser-flash) oraz ciepła właściwego c[sub]p , stosując różnicową kalorymetrię skaningową DSC. Zakres temperatury pomiarów wynosił 25-1500°C. Badaniom poddano próbki spiekane w 1000°C. Przeprowadzone badania wykazały, że przewodność temperaturowa proszków typu RE2Zr2O7jest w temperaturze 1000°C niższa niż proszku Y8SZ. W zakresie temperatury 25-750°C wyższą przewodność temperaturową niż proszek Y8SZ wykazywał proszek typu La2Zr2O7. Najwyższą wartość ciepła właściwego wykazuje proszek cyrkonianowy Y8SZ, natomiast najniższą proszek na bazie cyrkonianu samaru.

EN

Paper presents results of investigations of selected thermophysical properties of ceramics powders RE2Zr207 (RE - Gd, La, Nd, Sm) type, used for thermal spray coatings. In comparison also standard powder of ZrO2-8%wg. Y2O3 (Y8SZ) was tested. Using laser-flash method thermal conductivity was designated and specific heat c[sub]p by differential scanning calorimetry (DSC) was determined. Measuring temperature varried from 25-1500°C. The samples tested were sintered at 1000°C. As a results of tests we obtain that thermal conductivity of RE2Zr2O7 powders at 1000°C is lower than Y8SZ. At temperature 25-750°C higher thermal conductivity was observed for La2Zr2O7 than for Y8SZ. The highest specific heat has zirconate powder Y8SZ, and the lowest- powder based on samarium zirconate.

14

Effect of TBC on oxidation behaviour of gamma-TiAl based alloy

Moskal G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 22, nr 2

31-34

EN

Purpose: The purpose of the research was identification of the influence of TBC coating system on oxidation resistance of TiAl based alloy during oxidation at temperature of 900 and 950 degrees centigrade for 500 h and 200 h respectively. Design/methodology/approach: The APS technique was used to modify and improvement of oxidation resistance of TiAl intermetallic alloy. As a bond coat the NiCrAlY overlay coating was applied. The bond-coat provided a good bonding strength between matrix and ceramic top coat. The research allowed the identification of microstructural changes that take place between top coat and bond coat and bond coat and substrate. The examinations were conducted on specimens after 200 h and 500 h of exposition at 950 and 900 degrees centigrade. Findings: It was found that the surface conditions of basic alloy is electively protected by used type of ceramic coating. The basic alloy exhibited poor oxidation resistance at this range of temperature due to formation of mixed Al2O3 + TiO2 scale which is easily spalled off. A ceramic top coat together with bond coat can be effectively coated on the surface of TiAl basic alloy by APS method. Oxidation test both at 900 and 950 degrees centigrade showed that oxidation resistance of APS coated 48-2-2 alloy was improved. Research limitations/implications: Application of TBC remarkably improve the oxidation resistance of TiAl basic alloy due to lowering temperature of the substrate surface and due to formation of dense alumina sublayer (TGO) on the top surface of bond coat which can prevent diffusion processes of titanium and oxygen. Practical implications: The results obtained allow the determination of the degree of life-time lost of the TBC system used as protection for titanium aluminides alloys. Originality/value: The results obtained are valuable contribution to the development of new type of TBC for TiAl alloys. They enable the identification of the degradation mechanisms in YSZ/MCrAlY/substrate system.

15

Advanced materials and protective coatings in aero-engines application

Hetmańczyk M., Swadźba L., Mendala B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 24, nr 1

372-381

EN

Purpose: The following article demonstrates the characteristics of the materials applied as parts of aircraft engine turbines and the stationary gas turbines. The principal technologies for manufacturing the heat resistant coatings and the erosion and corrosion resistant coatings were characterized. Sample applications for the aforementioned coatings are presented: on turbine blades, compressor blades and on parts of combustion chambers of aircraft engines. Design/methodology/approach: The nickel-based alloys were characterized. The following methods of depositing diffusion aluminide coatings were described: pack cementation, out of pack and CVD (chemical vapour deposition). The properties of thermal barrier coatings obtained by thermal spraying and physical vapour deposition (PVD) were presented. Findings: : The structures of aluminide and platinum modified aluminide coatings, which displayed higher heat resistance during the cyclic oxidation test, were presented. The structure of TBC coatings was described as well. During aircraft engine tests, the compressor blades with multilayer type Cr/CrN coatings exhibited higher wear resistance than the coatings covered with Ti/TiN. Research limitations/implications: The aluminide coatings were deposited on nickel-based superalloys, which are typically used to manufacture turbine blades for aircraft engines. The multilayer nitride coatings were produced by Arc-PVD method. Practical implications: All the described technologies and coatings find applications on parts of aircraft engines. Originality/value: The presented advanced technologies of manufacturing protective coatings on the parts of aircraft engines were developed by the authors of the following study as parts of their planned scientific research, research projects, and purpose projects.