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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 5/2013

01.05.2013

Assessment of Cyclic Lifetime of NiCoCrAlY/ZrO2-Based EB-PVD TBC Systems via Reactive Element Enrichment in the Mixed Zone of the TGO Scale

verfasst von: Klaus Fritscher, Wolfgang Braue, Uwe Schulz

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 5/2013

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Abstract

The chemical composition of the alumina-zirconia mixed zone (MZ) of an electron beam physical vapor deposited thermal barrier coating (EB-PVD TBC) system is affected by service conditions and by the interdiffusion of elements from the substrate alloy below and the zirconia top coat. Three NiCoCrAlY bond-coated Ni-base substrates with YPSZ or CeSZ EB-PVD TBCs were subjected to a cyclic furnace oxidation test (FCT) at 1373 K (1100 °C) in order to provide experimental evidence of a link between chemistry of the MZ, the substrate alloy, the ceramic top coat, and the time in the FCT. Energy dispersive spectroscopy of the MZ revealed preferred accumulation of Cr, Zr, Y, and Ce. The concentration of the reactive elements (RE = Ce + Y + Zr) was related to the respective average lifetimes of the TBC systems at 1373 K (1100 °C). The RE content in the MZ turned out to be a life-limiting parameter for YPSZ and CeSZ TBC systems which can be utilized to predict their relative lifetimes on the individual substrates. Conversely, the TBC failure mechanisms of YPSZ and CeSZ TBC systems are dissimilar.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat H. Lau, C. Leyens, U. Schulz, C. Friedrich (2003) Surf. Coat. Technol 165: 217-23CrossRef H. Lau, C. Leyens, U. Schulz, C. Friedrich (2003) Surf. Coat. Technol 165: 217-23CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Yanar, M. Helminiak, G.H. Meier, F.S. Pettit (2011) Metall. Mater. Trans. A 42A: 905-21CrossRef Yanar, M. Helminiak, G.H. Meier, F.S. Pettit (2011) Metall. Mater. Trans. A 42A: 905-21CrossRef
3.
Zurück zum Zitat W. Braue, U. Schulz, K. Fritscher, C. Leyens, R. Wirth (2005) Mater. High Temp. 22: 393-401CrossRef W. Braue, U. Schulz, K. Fritscher, C. Leyens, R. Wirth (2005) Mater. High Temp. 22: 393-401CrossRef
5.
Zurück zum Zitat H. Zhao, Z. Yu, H.N.G. Wadley (2010) Surf. Coat. Technol 204: 2432-41CrossRef H. Zhao, Z. Yu, H.N.G. Wadley (2010) Surf. Coat. Technol 204: 2432-41CrossRef
6.
Zurück zum Zitat U. Schulz, M. Menzebach, C. Leyens, Y.Q. Yang (2001) Surf. Coat. Technol 146-147: 117-23CrossRef U. Schulz, M. Menzebach, C. Leyens, Y.Q. Yang (2001) Surf. Coat. Technol 146-147: 117-23CrossRef
7.
Zurück zum Zitat R.D. Jackson, M.P. Taylor, H.E. Evans, Xin-Hai Li (2011) Oxid. Met. 76: 259-71CrossRef R.D. Jackson, M.P. Taylor, H.E. Evans, Xin-Hai Li (2011) Oxid. Met. 76: 259-71CrossRef
9.
Zurück zum Zitat M.J. Stiger, N.M. Yanar, M.G. Toppings, F.S. Pettit, G.H. Meier (1999) Zeitschrift Metallkunde 90: 1069-78 M.J. Stiger, N.M. Yanar, M.G. Toppings, F.S. Pettit, G.H. Meier (1999) Zeitschrift Metallkunde 90: 1069-78
10.
Zurück zum Zitat C.G. Levi, E. Sommer, S.G. Terry, A. Catanoiu, M. Rühle (2003) J. Am. Ceram. Soc 86: 676-85CrossRef C.G. Levi, E. Sommer, S.G. Terry, A. Catanoiu, M. Rühle (2003) J. Am. Ceram. Soc 86: 676-85CrossRef
11.
Zurück zum Zitat C. Leyens, Y.Q. Yang, and U. Schulz: in High Temperature Corrosion and Materials Chemistry III, M. McNallum and E. Opila, eds., The Electrochemical Society, Pennington, NJ, 2001, vol. 12, pp. 28–37. C. Leyens, Y.Q. Yang, and U. Schulz: in High Temperature Corrosion and Materials Chemistry III, M. McNallum and E. Opila, eds., The Electrochemical Society, Pennington, NJ, 2001, vol. 12, pp. 28–37.
12.
Zurück zum Zitat K.S. Murphy, K.L. More, M.J. Lance (2001) Surf. Coat. Technol 146-147: 152-61CrossRef K.S. Murphy, K.L. More, M.J. Lance (2001) Surf. Coat. Technol 146-147: 152-61CrossRef
13.
Zurück zum Zitat W. Braue, K. Fritscher, U. Schulz, C. Leyens, R. Wirth (2004) Mater. Sci. Forum 461-464: 899-906CrossRef W. Braue, K. Fritscher, U. Schulz, C. Leyens, R. Wirth (2004) Mater. Sci. Forum 461-464: 899-906CrossRef
14.
Zurück zum Zitat W. Braue, P. Mechnich, K. Fritscher, L. Niewolak (2007) Surf. Coat. Technol 202: 670-75CrossRef W. Braue, P. Mechnich, K. Fritscher, L. Niewolak (2007) Surf. Coat. Technol 202: 670-75CrossRef
15.
17.
18.
Zurück zum Zitat W. Braue: Gordon Research Conference on High Temperature Corrosion, New London, NH, unpublished research, 2005. W. Braue: Gordon Research Conference on High Temperature Corrosion, New London, NH, unpublished research, 2005.
19.
20.
Zurück zum Zitat U. Schulz, K. Fritscher, U. Kaden, H. Lau, C. Leyens, and H.-J. Rätzer-Scheibe: Int. Symp. TurboMat 2002, Wissenschaftszentrum Bonn, Germany, published by DLR, 2002, pp. 44–47. U. Schulz, K. Fritscher, U. Kaden, H. Lau, C. Leyens, and H.-J. Rätzer-Scheibe: Int. Symp. TurboMat 2002, Wissenschaftszentrum Bonn, Germany, published by DLR, 2002, pp. 44–47.
21.
Zurück zum Zitat W.A. Kaysser, K. Fritscher, B. Saruhan-Brings, and U. Schulz: Int. Symp. TurboMat 2002, Wissenschaftszentrum Bonn, Germany, published by DLR, 2002, pp. 32–34. W.A. Kaysser, K. Fritscher, B. Saruhan-Brings, and U. Schulz: Int. Symp. TurboMat 2002, Wissenschaftszentrum Bonn, Germany, published by DLR, 2002, pp. 32–34.
22.
Zurück zum Zitat R.T. Wu, K. Kawagishi, H. Harada, R.C. Reed (2010) Acta Materialia 56: 3622-29CrossRef R.T. Wu, K. Kawagishi, H. Harada, R.C. Reed (2010) Acta Materialia 56: 3622-29CrossRef
23.
Zurück zum Zitat J. Kimmel, Z. Mutasim, W. Brentnall (2000) J. Eng. Gas Turbines Power 122: 393-400CrossRef J. Kimmel, Z. Mutasim, W. Brentnall (2000) J. Eng. Gas Turbines Power 122: 393-400CrossRef
24.
Zurück zum Zitat B.A. Pint, J.A. Haynes, Y. Zhang (2010) Surf. Coat. Technol 205: 1236-40CrossRef B.A. Pint, J.A. Haynes, Y. Zhang (2010) Surf. Coat. Technol 205: 1236-40CrossRef
25.
Zurück zum Zitat K. Harris and J.B. Wahl: in Superalloys 2004, K.A. Green, ed., TMS, Warrendale, PA, 2004, pp. 45–52. K. Harris and J.B. Wahl: in Superalloys 2004, K.A. Green, ed., TMS, Warrendale, PA, 2004, pp. 45–52.
26.
Zurück zum Zitat U. Kaden, C. Leyens, M. Peters, and W.A. Kaysser: in Elevated Temperature Coatings: Science and Technology III, J.M. Hampikian and N.B. Dahotre, eds., TMS, Warrendale, PA, 1999, pp. 27–38. U. Kaden, C. Leyens, M. Peters, and W.A. Kaysser: in Elevated Temperature Coatings: Science and Technology III, J.M. Hampikian and N.B. Dahotre, eds., TMS, Warrendale, PA, 1999, pp. 27–38.
27.
Zurück zum Zitat B.A. Pint, I.G. Wright, W.Y. Lee, Y. Zhang, K. Prüßner, K.B. Alexander (1998) Mater. Sci. Eng. A245: 201-11 B.A. Pint, I.G. Wright, W.Y. Lee, Y. Zhang, K. Prüßner, K.B. Alexander (1998) Mater. Sci. Eng. A245: 201-11
28.
Zurück zum Zitat B.A. Pint, J.A. Haynes, K.L. More, I.G. Wright, and C. Leyens: in Superalloys 2000, T.M. Pollock, R.D. Kissinger, R.R. Bowman, K.A. Green, M. McLean, S.L. Olson, and J.J. Schirra, eds., TMS, Warrendale, PA, 2000, pp. 629–38. B.A. Pint, J.A. Haynes, K.L. More, I.G. Wright, and C. Leyens: in Superalloys 2000, T.M. Pollock, R.D. Kissinger, R.R. Bowman, K.A. Green, M. McLean, S.L. Olson, and J.J. Schirra, eds., TMS, Warrendale, PA, 2000, pp. 629–38.
29.
Zurück zum Zitat M.J. Stiger, N.M. Yanar, R.W. Jackson, S.L. Laney, F.S. Pettit, G.H. Meier, A.S. Gandhi, C.G. Levi (2007) Metall. Mater. Trans. A 38A: 848-57CrossRef M.J. Stiger, N.M. Yanar, R.W. Jackson, S.L. Laney, F.S. Pettit, G.H. Meier, A.S. Gandhi, C.G. Levi (2007) Metall. Mater. Trans. A 38A: 848-57CrossRef
30.
Zurück zum Zitat D.C. Joy, A.D. Romig, and J.I. Goldstein, Principles of Analytical Electron Microscopy, Plenum Press, New York, 1986. D.C. Joy, A.D. Romig, and J.I. Goldstein, Principles of Analytical Electron Microscopy, Plenum Press, New York, 1986.
31.
Zurück zum Zitat K. Fritscher, U. Schulz, C. Leyens (2007) Mater. Sci. Eng. Technol. 38: 734-46 K. Fritscher, U. Schulz, C. Leyens (2007) Mater. Sci. Eng. Technol. 38: 734-46
32.
Zurück zum Zitat U. Kaden: Einfluss der Substratlegierung CMSX-4 auf die Lebensdauer eines EB-PVD-Wärmedämmschichtsystems. Werkstoffwissenschaftliche Schriftenreihe. Verlagshaus Mainz, Aachen, 2003, vol. 56, pp. 1–164. U. Kaden: Einfluss der Substratlegierung CMSX-4 auf die Lebensdauer eines EB-PVD-Wärmedämmschichtsystems. Werkstoffwissenschaftliche Schriftenreihe. Verlagshaus Mainz, Aachen, 2003, vol. 56, pp. 1–164.
33.
Zurück zum Zitat U. Kaden: Personal Communication, Siemens AG Berlin, Energy Sector, 2009. U. Kaden: Personal Communication, Siemens AG Berlin, Energy Sector, 2009.
34.
Zurück zum Zitat C. Leyens, U. Schulz, K. Fritscher (2003) Materials at High Temperatures 20: 475-79CrossRef C. Leyens, U. Schulz, K. Fritscher (2003) Materials at High Temperatures 20: 475-79CrossRef
35.
Zurück zum Zitat C. Leyens, U. Schulz, and K. Fritscher: Proc. 5th Int. Conf. Microscopy of Oxidation, Limerick, Ireland, 2002, Science Reviews, 2004, pp. 229–34. C. Leyens, U. Schulz, and K. Fritscher: Proc. 5th Int. Conf. Microscopy of Oxidation, Limerick, Ireland, 2002, Science Reviews, 2004, pp. 229–34.
36.
38.
Zurück zum Zitat E.H. Jordan, M. Gell, D.M. Pease, L. Shaw, D.R. Clarke, V. Gupta, B. Barber, and K. Vathan: Bond Strength and Stress Measurements in Thermal Barrier Coatings, 1997, ASME 97-GT-363. E.H. Jordan, M. Gell, D.M. Pease, L. Shaw, D.R. Clarke, V. Gupta, B. Barber, and K. Vathan: Bond Strength and Stress Measurements in Thermal Barrier Coatings, 1997, ASME 97-GT-363.
39.
Zurück zum Zitat Y.H. Sohn, K. Vaidyanathan, M. Ronski, E.H. Jordan, M. Gell (2001) Surf. Coat. Technol 146-47: 102-09CrossRef Y.H. Sohn, K. Vaidyanathan, M. Ronski, E.H. Jordan, M. Gell (2001) Surf. Coat. Technol 146-47: 102-09CrossRef
40.
Zurück zum Zitat C. Leyens, U. Schulz, K. Fritscher, M. Bartsch, M. Peters, W.A. Kaysser (2001) Zeitschrift Metallkunde 92: 762-72 C. Leyens, U. Schulz, K. Fritscher, M. Bartsch, M. Peters, W.A. Kaysser (2001) Zeitschrift Metallkunde 92: 762-72
43.
44.
Zurück zum Zitat E. Perez, T. Patterson, Y. Sohn (2006) J. Phase Equilibria Diffus. 27: 659-64 E. Perez, T. Patterson, Y. Sohn (2006) J. Phase Equilibria Diffus. 27: 659-64
46.
Zurück zum Zitat K. Byrappa, B. Nirmala, K.M. Lokanatha Rai, and M. Yoshimura: in Crystal Growth Technology, K. Byrappa and T. Ohachi, eds., William Andrew/Springer, Germany, 2003, pp. 335–64. K. Byrappa, B. Nirmala, K.M. Lokanatha Rai, and M. Yoshimura: in Crystal Growth Technology, K. Byrappa and T. Ohachi, eds., William Andrew/Springer, Germany, 2003, pp. 335–64.
48.
Zurück zum Zitat P. Choquet and R. Mévrel, Mater. Sci. Eng., 1989, vol. A 120, pp. 153-59.CrossRef P. Choquet and R. Mévrel, Mater. Sci. Eng., 1989, vol. A 120, pp. 153-59.CrossRef
49.
Zurück zum Zitat P. Saltykov, O. Frabrichnaya, J. Golczewski, and F. Aldinger: J. Alloy. Compd., 2004, vol. 381, pp. 99-113.CrossRef P. Saltykov, O. Frabrichnaya, J. Golczewski, and F. Aldinger: J. Alloy. Compd., 2004, vol. 381, pp. 99-113.CrossRef
50.
Zurück zum Zitat C.-G. Kuo, W.D. Jehng, S.-J. Hsieh, C.-C. Chen (2009) J. Alloy. Compd. 480: 299-305CrossRef C.-G. Kuo, W.D. Jehng, S.-J. Hsieh, C.-C. Chen (2009) J. Alloy. Compd. 480: 299-305CrossRef
51.
Zurück zum Zitat T. Nakagawa, I. Sakaguchi, N. Shibata, K. Matsunaga, T. Mizoguchi, T. Yamamoto, H. Haneda, Y. Ikuhara (2007) Acta Mater 55: 6627-33CrossRef T. Nakagawa, I. Sakaguchi, N. Shibata, K. Matsunaga, T. Mizoguchi, T. Yamamoto, H. Haneda, Y. Ikuhara (2007) Acta Mater 55: 6627-33CrossRef
52.
Zurück zum Zitat O. Fabrichnaya, H.J. Seifert, R. Weiland, T. Ludwig, F. Aldinger, A. Navrotsky (2001) Zeitschrift Metallkunde 92: 1083-97 O. Fabrichnaya, H.J. Seifert, R. Weiland, T. Ludwig, F. Aldinger, A. Navrotsky (2001) Zeitschrift Metallkunde 92: 1083-97
53.
Zurück zum Zitat S. Kitaoka, T. Matsudaira, M. Wada (2009) Materials Transactions 50: 1023-31CrossRef S. Kitaoka, T. Matsudaira, M. Wada (2009) Materials Transactions 50: 1023-31CrossRef
54.
Zurück zum Zitat U. Schulz, K. Fritscher, and W.A. Kaysser: in Materials for Advanced Power Engineering 2002, Proc. 7th Liège Conf., J. Lecomte-Beckers, M. Carton, F. Schubert, and P.J. Ennis, eds., FZ Jülich, 2002, vol. 21, pp. 483–92. U. Schulz, K. Fritscher, and W.A. Kaysser: in Materials for Advanced Power Engineering 2002, Proc. 7th Liège Conf., J. Lecomte-Beckers, M. Carton, F. Schubert, and P.J. Ennis, eds., FZ Jülich, 2002, vol. 21, pp. 483–92.
55.
56.
57.
Zurück zum Zitat B.A. Pint: in Proc. John Stringer Symposium on High Temperature Corrosion, P.F. Tortorelli, I.G. Wright, and P.Y. Hou, eds., ASM International, Materials Park, OH, 2003, pp. 9–19. B.A. Pint: in Proc. John Stringer Symposium on High Temperature Corrosion, P.F. Tortorelli, I.G. Wright, and P.Y. Hou, eds., ASM International, Materials Park, OH, 2003, pp. 9–19.
58.
Zurück zum Zitat J. Jedlinski, K. Godlewski, S. Mrowec (1989) Mater. Sci. Eng. A121: 539-43 J. Jedlinski, K. Godlewski, S. Mrowec (1989) Mater. Sci. Eng. A121: 539-43
59.
Metadaten
Titel
Assessment of Cyclic Lifetime of NiCoCrAlY/ZrO2-Based EB-PVD TBC Systems via Reactive Element Enrichment in the Mixed Zone of the TGO Scale
verfasst von
Klaus Fritscher
Wolfgang Braue
Uwe Schulz
Publikationsdatum
01.05.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 5/2013
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-012-1561-2

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