Investigation of Microstructural Properties of Thermal Barrier Coating(TBC) System Consisting of YSZ Topcoat and NiCrAlY Bond Coat

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 331 - 334, 01.12.2014

Abdullah Selim Parlakyiğit Abdullah Cahit Karaoğlanlı Turgut Gülmez Ahmet Türk

Abstract

Thermal barrier coatings (TBCs) are used in stationary and dynamic parts of gas turbines in order to protect main component from detrimental effect of hot gases and increasing thermal efficiency of system. A TBC system is typically consist of, a suitable substrate material, a ceramic top coat providing thermal insulation, a metallic bond coat protecting the substrate material against to oxidation and preventing thermal mismatch between the substrate and top-coat and, an oxide layer that starts with the coating process going on with growing under service conditions. In this study, yitriya stabilized zirconia (8YSZ; ZrO2-8Y2O3) topcoat deposited with APS (Atmospheric Plasma Spray) technique and NiCrAlY bond coat were deposited with HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) technique. Microstructural properties, porosity rates and microhardness measurements of TBC system were conducted by using scanning electron microscope (SEM), microstructure analysis software and microhardness test equipment, respectively. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Keywords

Thermal barrier coating

YSZ İçerikli Seramik Üst ve NiCrAlY İçerikli Metalik Bağ Kaplamaya Sahip Termal Bariyer Kaplama(TBC) Sisteminin Mikroyapısal Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Termal bariyer kaplamalar (TBC), endüstriyel gaz türbinlerinde ve hava araçlarının türbin motorlarının sabit ve hareketli parçalarında, esas işlevi gören malzemeyi sıcak gazların olumsuz etkilerinden korumak ve termal verimi artırmak amaçlarıyla kullanılmaktadırlar. Bir TBC sistemi tipik olarak; istenen amaca hizmet eden altlık malzemeden, ısıl yalıtım sağlayan seramik bir üst kaplamadan, altlık malzemeyi oksitlenmeye karşı koruyan ve üst kaplama ile altlık malzeme arasındaki termal uyumsuzluğu önleyen metalik bir bağ kaplamadan ve kaplama prosesiyle başlayıp servis koşullarında büyümeye devam eden bir oksit tabakasından oluşmaktadır. Bu çalışmada, ağırlıkça %8 oranında yitriya ile kararlı hale getirilmiş zirkonya (8YSZ; ZrO2-8Y2O3) içerikli üst kaplamalar APS (Atmosferik Plazma Sprey) yöntemiyle ve NiCrAlY içerikli metalik bağ kaplamalar HVOF (Yüksek Hız Oksi Yakıt) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. TBC sisteminin mikroyapısal özellikleri, porozite oranları ve mikrosertlik ölçümleri sırasıyla, taramalı elektron mikroskobu (SEM), mikroyapı analiz yazılımı ve mikrosertlik test cihazları kullanılarak gerçekleştirilmiştir

Keywords

Termal bariyer kaplama (TBC), YSZ, NiCrAlY, APS, HVOF, Mikroyapı

References

• Bi, X., Xu, H., Gong, S., 2000, Investigation of the failure mechanism of thermal barrier coatings prepared by electron beam physical vapor deposition, Surface & Coatings Technology, 130, 122-127p.
• Bose, S., 2007, Thermal Barrier Coatings, High Temperature Coatings, Elsevier, 104- 107.
• Bertrand, G., Mevrel, R., 1997, Zirconia coatings realized by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition, Thin Solid Films, 292, 241-246p.
• Dalkılıç, S., 2007, Bir termal bariyer kaplama sisteminin yorulma davranışının incelenmesi, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 149.
• Dorfman, M.R., 2005, Thermal Spray Coatings, Surface Engineering, Degradation, William Andrew, 407-408p of Environmental
• Gell, M., Jordan, E., Vaidyanathan, K., McCarron, K., Barber, B., Sohn, Y.H., Tolpygo, V.K., 1999, Bond strength, bond stress and spallation mechanism of thermal barrier coatings, Surface & Coatings Technology, 120-121, 53-60.
• Karaoglanlı, T. Lampke, T. Grund, F. Ak Azem, I. Ozdemir, A. Turk, F. Ustel, Study of oxidation behavior of TBCs with APS and HVOF CoNiCrAlY bond coatings, International Thermal Spray Conference 2011, September 27-29 2011, Hamburg, Germany
• Matsubara, H., Jang, B.K., 2006, Microstructure of nanoporous yttria-stabilized zirconia films fabricated by EB-PVD, Journal of European Ceramic Society, 26, 1585-1590p.
• Padture, N.P., Gell, M., Jordan, E.H., 2002, Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications, Science's Compass, 296, 280-284p.
• Sidhu, T.S., Prakash, S., Agrawal, R.D., 2006, Evaluation of hot corrosion resistance of HVOF coatings on a Ni- based superalloy in molten salt enviroment, Materials Science & Engineering, A 430, 64,78p.
• Yu, Q., Rauf, A., Wang, N., Zhou, C., 2011, Thermal properties of plasma-sprayed thermal barrier coating with bimodal structure, Ceramics International, 37, 1093-1099p.
• Zhang, Y.Y., Deng, H.X., Shi, H.J., Yu, H.C., Zhong, B., 2012, Failure characterictics and life prediction for thermally cycled thermal barrier coatings, Surface and Coating Technology, 206, 2977-2985p. İnternet Kaynakları
• http://www.sulzer.com/en/- /media/Documents/ProductsAndServices/Coating_ Materials/Thermal_Spray/ProductInformation/DSMT S_0102_0_NiCrAlY.pdf (18.10.2012)