Budowa strefy TGO w warstwach TBC a przewodnictwo jonowe warstwy izolacyjnej

• Autorzy: Moskal, G. , Mikuśkiewicz, M.

Warianty tytułu

EN

Morphology of TGO zone in TBS systems vs their ionic conductivity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych strefy TGO w powłokowych barierach cieplnych typu 8YSZ oraz otrzymanych z proszków Gd2Zr2O7, La2Zr2O7, Sm2Zr2O7 i Nd2Zr2O7. Stwierdzono, że grubość strefy tlenków TGO we wszystkich przypadkach jest zbliżona przez pierwsze 48 godzin wygrzewania w temperaturze 1100°C w atmosferze powietrza. Jednakże po tym czasie grubość strefy tlenków TGO w przypadku warstw RE2Zr2O7 uległa silnemu zwiększeniu w porównaniu z warstwą 8YSZ. Wykonano badania SEM, EDS oraz EBSD, które wykazały, że dominującym składnikiem strefy TGO we wszystkich przypadkach jest tlenek Al2O3 oraz złożone tlenki typu Ni(Al, Cr)2O4. W przypadku warstw RE2Zr2O7 stwierdzono również obecność tlenków przejściowych typu REAlO3, które jednak miały minimalny wpływ na łączną grubość strefy TGO. Stwierdzono, że główną przyczyną wzrostu grubości strefy TGO było zwiększenie grubości strefy tlenków Al2O3, a to wynikało z silnego przewodnictwa jonowego związków RE2Zr2O7 o sieci typu pyrochlorów.

EN

Results of microstructural investigations of TGO zone in 8YSZ and Gd2Zr2O7, La2Zr2O7, Sm2Zr2O7 and Nd2Zr2O7 thermal barrier coatings was showed in this article. The thickness of TGO zone in the case of all coatings is similar during first 48 hours of exposure at temperature 1100°C in air. However further exposure leads to increase of TGO thickness in the case of zirconates coatings in comparison to 8YSZ TBC. SEM, EDS and EBSD investigations revealed that main constituent in each of TGO zone was Al2O3 and spinel’s such as Ni(Al, Cr)2O4. Additionally REAlO3 transition oxides were found in the case of RE2Zr2O7 systems. But from total thickness of TGO zone point of view their thickness was negligible. The main reason of total thickness of TGO zone increasing was related to strong grown of thickness of Al2O3. This effect was due to strong susceptibility to ionic conduction of zircoantes RE2Zr2O7 with pyrochlore type of network.

Słowa kluczowe

PL

nawęglanie; atmosfera nawęglająca; obróbka cieplno-chemiczna; dyfuzja

EN

carburizing; carburizing atmosphere; thermochemical treatment; diffusion

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 765--768
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Moskal, G.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska, Katowice,

autor

Mikuśkiewicz, M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska, Katowice

Bibliografia

• [1] DeMasi-Marcin J. T., Gupta D. K.: Protective coatings in the gas turbine engine. Surf. Coat. Technol. 68/69 (1994) 1÷9.
• [2] 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).
• [3] Quadakkers W. J., Tyagi A. K., Clemens D., Anton R., Singheiser L.: Elevated temperature coatings. In: Hampikian J. M., Dahotre N. B. (ed.) Elevated temperature coatings: surface and technology III. The Minerals, Metals & Materials Society (1999) 119÷130.
• [4] Niranatlumpong P., Ponton C. B., Evans H. E.: The failure of protective oxides on plasma-sprayed NiCrAlY overlay coatings. Oxidation of Metals 53 (2000) 241÷258.
• [5] Evans A. G., Crumley G. B., Demaray R. E.: On the mechanical behaviour of brittle coatings and layers. Oxidation of Metals 20 (1983) 193÷216.
• [6] Naumenko D., Shemet V., Singheiser L.: Failure mechanisms of bondcoats associated with the formation of the thermally grown oxide. Journal of Materials Science 44 (2009) 1687÷1703.
• [7] Hsueh C.H., et al: Effects of interface roughness on residual stresses in thermal barrier coatings. Journal of American Ceramic Society 82 (1999) 1073÷1075.
• [8] Tang F., Schoenung J.: Local accumulation of thermally grown oxide in plasma-sprayed thermal barrier coatings with rough top-coat/bond-coat interfaces. Scripta Materiallia 52 (2005) 905÷909.
• [9] Ahrens M., Vasen R., Stoever D.: Stress distributions in plasma-sprayed thermal barrier coatings as a function of interface roughness and oxide scale thickness. Surface and Coating Technology 161 (2002) 26÷35.
• [10] Schneider S. J., Roth R. S., Waring J. L.: Solid state reactions involving oxides of trivalent. Journal of Research of the National Bureau of Standards 65A (1961) 345÷374.
• [11] Van Dijk M. P., De Vries K. J., Burggraaf A. J.: Oxygen ion and mixed conductivity in compounds with the fluorite and pyrochlore structure. Solid State Ionics 10 (1983) 913÷919.
• [12] Cao X. Q., Vassen R., Stoever D.: Ceramic materials for thermal barrier coatings. Journal of the European Ceramic Society 24 (2004) 1÷10.
• [13] Cao X. Q.: Adhesive strength of new thermal barrier coatings of rare earth zirconates. Journal of Materials Science and Technology 23 (2007) 15÷22.
• [14] Yamamura H., Nishino H., Kakinuma K., Nomura K.: Electrical conductivity anomaly around fluorite–pyrochlore phase boundary. Solid State Ionics 158 (2003) 359÷365.
• [15] Ghatee M., Shariat M. H., Irvine J. T. S.: Investigation of electrical and mechanical properties of 3YSZ/8YSZ composite electrolyte. Solid State Ionics 180 (2009) 57÷62.
• [16] Price M., Dong J., Gu X.: Structural stability of a nanocrystalline YSZSDC heterophase system and its effect on the electrical conductivity. J. Am. Ceram. Soc. 88 (2005) 1812÷1818.