Oxidation behavior of a plasma-sprayed functionally graded ZrO2/Al2O3 thermal barrier coating

Widjaja, Sujanto; Limarga, Andi M.; Yip, T.H.

doi:10.1016/s0167-577x(02)00842-x

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“…La variación de la impedancia del sistema puede relacionarse con factores que controlan su degradación como son el desarrollo de la capa de óxidos, la reducción de las capas de anclaje y recubrimiento cerámico, su agrietamiento o la formación de óxidos alrededor de las granos laminares que forman el anclaje (18,19).…”

Section: Degradación De Barreras Térmicas Por Sales Fundidasunclassified

Degradación de barreras térmicas por sales fundidas

Utrilla¹,

Poza²,

Gómez-García³

et al. 2008

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Las barreras térmicas son sistemas multicapa que se aplican a sustratos metálicos para mejorar su resistencia a la temperatura. El material utilizado en el trabajo es un sustrato base níquel (Inconel 600) con recubrimiento multicapa de NiCrAlY y ZrO 2 parcialmente estabilizada con Y 2 O 3 (Y-PSZ) depositado por plasma atmosférico. La presencia de contaminantes, como S, V o Na presentes en combustibles de baja calidad, puede dar lugar a reacciones con este óxido estabilizador de la circona (Y 2 O 3 ), originando una desestabilización estructural de la circona por disminución del contenido en itria. En esta comunicación se ha realizado un estudio sistemático de la degradación del material frente a determinados agentes corrosivos a elevada temperatura. Sobre la superficie de las muestras se añadieron mezclas de 40% Na 2 SO 4 -60% V 2 O 5 y se trataron isotérmicamente a 800 ºC durante 48 y 144 horas. Finalmente, se evaluó la modificación de las propiedades por efecto de los agentes agresivos. Mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) se estimó la degradación de la barrera térmica. El estudio de la evolución microestructural se realizó mediante técnicas de microscopía óptica (MO), electrónica de barrido ambiental (ESEM) y difracción de rayos X (DRX). Palabras clave: Barreras térmicas, sales fundidas, proyección por plasma atmosférico, microscopía electrónica de barrido, espectroscopia de impedancia electroquímica. Corrosion of thermal barrier coating by molten salts.Thermal barrier coatings (TBC) are frequently used to provide thermal insulation to metallic components. The material used in this investigation comprises a ceramic top layer, ZrO 2 8Y 2 O 3 (Y-PSZ), and an overlay coating, Ni22Cr10Al1Y, air plasma sprayed on to a nickel base alloy Inconel 600 substrate. Yttria stabilizes the cubic phase zirconia, but it can react with S, V and Na contaminants contained in many low-quality industrial fuels. A decrease in the yttria content promotes the transformation to monoclinic ZrO 2 . The materials were subjected to an isothermal air furnace test under 40% Na 2 SO 4 -60% V 2 O 5 mixtures at 800 ºC for 48 and 144h. The degradation of the coating was analyzed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The microstructure was characterized by enviromental scanning electron microscopy (ESEM), X-ray microanalysis (EDX) and x ray diffracction (XRD).

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Section: Degradación De Barreras Térmicas Por Sales Fundidasunclassified

Degradación de barreras térmicas por sales fundidas

Utrilla¹,

Poza²,

Gómez-García³

et al. 2008

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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“…Por otra parte, esta capa intermedia aumenta la adhesión del recubrimiento cerámico al proporcionar una superficie rugosa que ancla mecánicamente la capa de circona estabilizada. La resistencia de esta capa intermedia al ataque químico se debe a la presencia de elementos activos como el aluminio, que forman capas de óxidos ("Thermally Grown Oxide", TGO), principalmente Al 2 O 3 , que impiden la entrada de oxígeno en la estructura (4,9). Por tanto, aleaciones del tipo MCrAlY (M=Ni, Co o Ni+Co) se utilizan como anclaje (10) en la mayoría de las barreras térmicas empleadas para proteger componentes constituidos por superaleaciones base Ni.…”

Section: Introductionunclassified

“…La impedancia en los materiales, especialmente en aquellos que no son buenos conductores de la electricidad, varía con la frecuencia según las características físicas del material y la naturaleza química de las uniones. Por tanto, la variación de la impedancia del sistema puede relacionarse con factores que controlan su degradación como son el desarrollo de la capa TGO, la reducción de las capas de anclaje y recubrimiento cerámico, su agrietamiento o la formación de óxidos alrededor de las granos laminares que forman el anclaje (9,18).…”

Section: Introductionunclassified

Análisis de la degradación de recubrimientos de barrera térmica por espectroscopía de impedancia electroquímica

Gómez-García¹,

Salazar²,

Múnez³

et al. 2007

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Este trabajo correlaciona la microestructura de un recubrimiento de barrera térmica, estudiada mediante microscopía electrónica de barrido y microanálisis de rayos X, con los resultados obtenidos mediante espectroscopía de impedancia electroquímica que muestran la variación de sus propiedades eléctricas tras un proceso de oxidación isoterma. El sistema estudiado está formado por una capa cerámica, ZrO 2 8Y 2 O 3 (% en masa), y un anclaje metálico, Ni 22Cr 10Al 1Y (% en masa), depositados ambos por proyección térmica asistida por plasma sobre un sustrato de aleación base níquel In 600. Estos recubrimientos se oxidaron isotérmicamente en aire a 1050 ºC durante 72, 144 y 336 h. Se formó una capa intermedia de óxidos ("thermally grown oxides", TGO) entre el anclaje metálico y el recubrimiento cerámico formada por una mezcla de óxidos de Cr y Al que se tradujo en la variación de los parámetros característicos de la impedancia de la barrera térmica.Palabras clave: barreras térmicas, espectroscopía de impedancia electroquímica, ensayo no destructivo, oxidación isoterma, proyección térmica asistida por plasma, microscopía electrónica de barrido. Electrochemical impedance spectroscopy analysis of thermal barrier coatings after isothermal oxidationThis investigation correlates the microstructure of a thermal barrier coating, analysed through scanning electron microscopy and X-ray microanalysis, with the electrochemical impedance spectroscopy data which show the variation in electrical properties after isothermal oxidation. A thermal barrier coating comprising a ceramic top layer, ZrO 2 8Y 2 O 3 (weight %), and an overlay coating, Ni 22Cr 10Al 1Y (weight %), air plasma sprayed over a nickel base alloy In 600 substrate was studied. These materials were heat treated in air at 1050 ºC for 72, 144 y 336 h. A thermally grown oxide layer, mainly comprising Cr y Al oxides, was formed between the ceramic and the overlay coating. This layer modified the electrical response of the thermal barrier coating in the electrochemical impedance spectroscopy tests.Keywords: Thermal barrier coatings, electrochemical impedance spectroscopy, non destructive evaluation, isothermal oxidation, air plasma spraying, scanning electron microscopy INTRODUCCIóNEl uso de recubrimientos cerámicos está cada vez más extendido en diversos sectores industriales, donde se requiere resistencia a elevada temperatura, a los ambientes agresivos y al desgaste. Desde los años 70 (1), las barreras térmicas han incrementado la temperatura de trabajo en el interior de los motores de turbinas de gas y a su vez han hecho decrecer la temperatura de los materiales metálicos que las forman, por lo tanto, incrementan su vida útil y reducen el consumo de combustible para generar la misma energía (2-7).Las barreras térmicas son sistemas multicapa formados por un recubrimiento cerámico que actúa como aislante térmico, depositado sobre una capa de anclaje, que mejora la adhesión y la resistencia a la corrosión del substrato metálico.El recubrimiento cerámico suele ser ZrO 2 parc...

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“…A mullite-containing top coat has never been considered, since mullite possesses definitely lower chemical resistance than alumina. Graded plasma-sprayed thermal barrier coatings have already been considered in several articles, [15][16][17][18][19] but they were not tested under very corrosive environments, and they always consisted of a metal-ceramic system, whereas a ceramic-ceramic graded coating is considered in the present research.…”

Section: Introductionmentioning

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