Evaluation of Bond Strength of Isothermally Aged Plasma Sprayed Thermal Barrier Coating

Abstract

In this study, disk type of thermal barrier coating system for gas turbine blade was isothermally aged in the furnace changing exposure time and temperature. For each aging condition, bond tests for three samples were conducted for evaluating degradation of adhesive or cohesive strength of thermal barrier coating system. For as-sprayed condition, the location of fracture in the bond test was in the middle of epoxy which have bond strength of 57 MPa. As specimens are degraded by thermal aging, bond strength gradually decreased and the location of failure was also changed from within top coat at the earlier stage of thermal aging to the interface between top coat and TGO at the later stage due to the delamination in the coating.

Design of Microstructure by Evaluating the Effect of Thermal Barrier Coating’s Microstructure on TGO Interface Stress

“…. 열차폐코팅 은 일반적으로 외부의 열을 차폐하여 모재를 보호하 는 Top 코팅, 모재와 Top 코팅을 결합시키는 Bond 코 팅 그리고 열성장산화물(Thermally Grown Oxide, TGO) 로 구성된다 [2] . TGO는 Bond 코팅 내 Al이 산소와 반 응하여 생성된 결과물(Al 2 O 3 )로서 산소의 투과를 억제 하여 모재의 산화를 방지한다 [3] .…”

“…그러나 열차폐코팅이 고온에서 장시간 노출되거나 열적 부하 변동을 받으 면 Top 코팅과 TGO의 열팽창계수 차이와 온도 구배 로 인해 TGO 계면에서 열응력이 발생한다. 이 열응력 은 열차폐코팅 파손을 유발하는 주요 원인 [2,3] [4,5] 또한 TGO가 굴곡지게 형성될수 록 열팽창량 차이가 큰 TGO의 peak 부분에서 열응력 이 크게 발생하기 때문에 TGO의 형상도 열응력에 미 치는 주요 미세구조이다 [3] . [3] .…”

“…해석 모델은 Top 코팅, TGO, Bond 코팅, 초내열합금 모재 총 4개 층으로 구현하였으며, 각 층의 경계면은 실제 열차폐코팅의 단면을 분석하여 Bond 코팅과 초내열합 금 경계는 직선으로 모델링하였다. 그리고 Top 코팅 과 Bond 코팅 경계인 TGO는 열차폐코팅 제작 시 발 생하는 열로 인해 0.1 ~ 0.6 μm 두께를 갖기 때문에 선행 연구[2,3,6] 를 참고하여 두께 0.4 μm, 진폭 20 μm, 주기 60 μm를 갖는 Sine형상으로 모델링하였다.…”

Durability Evaluation of Thermal Barrier Coating (TBC) According to Growth of Thermally Grown Oxide (TGO)

“…또한 내구성평가 를 통하여 도출된 예측 박리 수명의 신뢰성을 김대진 등 (6) 의 등온산화시험 결과와 비교하여 검증하였다.2. 접착강도시험(5) 김대진 등은 직경 25mm 의 코인형 열차폐코팅 시험편을 제작하였으며, 코팅 층의 산화 시험에 주로 적용되는 1100℃의 온도에서(7,8) 시험편을 열 화 하였다. 동일한 산화 온도에 대하여 열화 시간 에 따른 접착강도를 평가하고자 0, 10, 50, 100, 200, 400 시간 동안 열화를 수행한 후 Fig.…”

“…1 Schematic diagram of bond strength test (5)Fig. 2Results of bond test(5) 폭시 접착제를 사용하여 부착하였으며, ASTM C633-79 에 따라 25ton 만능 시험기에서 1mm/min 의 속도로 접착강도시험을 수행하였다. 김대진 등은 접착강도 시험 결과로부터 하중-변위 선도를 도출하였으며, 이 로부터 도출된 파단 하중을 단면적으로 나누어 접착 강도를 도출하였다.…”