Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-337618
Ali, Ibrahim El Araby Megahed
Lampke, Thomas ; Pawlowski, Lech (Gutachter)
Oxidation behavior of thermal barrier coating systems with Al interlayers
Oxidationsverhalten von Wärmedämmschichtsystemen mit Al-Zwischenschichten
Kurzfassung in deutsch
Konventionelle Wärmedämmschichtensysteme bestehen aus einer Yttriumoxid-stabilisierten Zirkoniumdioxid-Deckschicht auf einer MCrAIY Haftschicht; wobei M für Co, Ni oder CoNi steht. Während der Nutzung bildet sich durch die Kombination von Wärme und Sauerstoff die Reaktionszone in der BC/TC-Grenzfläche. Diese Reaktionszone besteht aus thermisch wachsenden Übergangsmetalloxiden.In dieser Dissertation wurde das Phänomen der Bildung von TGO in TBC-Systemen betrachtet. Co32Ni21Cr8Al0.5Y Haftschichten wurden mithilfe des Verfahrens des atmosphärischen Plasmaspritzens (APS) auf Inconel 600 Substrate aufgebracht. Jm nächsten Schritt wurden durch DC-Magnetronsputter dünne Aluminumschichten auf die Oberfläche aufgetragen. Schließlich wurde YSZ TC mittels APS auf die Oberfläche gespritzt. Die beiden TBC-Systeme wurden zur Unterscheidung des Einflusses der thermischen Auslagerung unterschiedlich lange ausgelagert, um das thermochemischen Transformationsverhalten der Al-Zwischenschicht zu bestimmen. Die Schichtlebensdauer wurde unter thermischer Zyklierung mit einer definierten Verweilzeit untersucht. Das veränderte TBC-System mit der Al-Zwischenschicht (Al TBC) wurden mit dem TBC-System ohne Al-Zwischenschicht (R TBC) verglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Hinzufügung der Al-Schichte in der BC/TC Grenzfläche nützlich für die Bildung der kontinuierlichen α Al2O3-Schicht während der Vorbereitungsphase der Wärmebehandlung ist. Diese dichte α Al2O3-Schicht bildet offensichtlich eine Durchgangsbarriere für den Sauerstoff während des Lebensdauertests. Dies hat Potential für die Verringerung der Bildung schädlicher Oxide. Der Ansatz ist nützlich für die Verlängerung der stabilen Wachstumsphase von TGO. In der Folge ermöglicht dies eine höhere Lebensdauer von Al-TBC-Systemen im Vergleich zu R-TBC-Systemen für die betrachteten thermischen Bedingungen und Zyklierungen.
Kurzfassung in englisch
Conventional thermal barrier coating (TBC) systems consist of yttria-stabilized zirconia (YSZ) top coat (TC) on a MCrAlY bond coat (BC), where “M” stands for Co, Ni or CoNi. During their service under a combined heat and oxygen load, a reaction zone forms in the BC/TC interface. This reaction zone consists of thermally grown transition metal oxides (TGO).In the present thesis work, a phenomena related to the TGO formation is introduced. Co32Ni21Cr8Al0.5Y BC was overlaid by atmospheric plasma spraying (APS) technique on Inconel 600 substrates. Thin Al layers were deposited subsequently by DC-Magnetron sputtering on top. Finally, YSZ TC was sprayed by APS technique on the Al layers. The TBC systems were subjected to different thermal treatment procedures in order to investigate the thermo-chemical transformation behaviour of the Al-interlayer. The lifetime of the coatings was investigated under thermal cycling loading with dwell time. The altered TBC systems with Al interlayers (Al-TBC) were compared with the reference TBC systems without Al interlayers (R-TBC).
The results show, that the addition of Al layers in the BC/TC interfaces is useful to form a continuous α-Al2O3 layer during the preliminary stage of heat treatment. The in-situ formed dense α-Al2O3 layer obviously acts as a diffusion barrier for oxygen during lifetime test. This has the potential to reduce the formation rate of detrimental oxides. This approach is beneficial to prolong the steady-state growth stage of the TGO, hence allows a higher lifetime for the
Al-TBC systems in comparison to the R-TBC systems for the applied thermal loads.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Lampke, Thomas | |
| SWD-Schlagwörter: | Oxidation | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Wärmedämmschichtsysteme , Oxidationsschutz , thermisch wachsende Oxide | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | thermal barrier coatings , thermally grown oxides , oxidation protection | |
| DDC-Sachgruppe: | Ingenieurwissenschaften | |
| Sprache: | englisch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 22.10.2018 |
