Failure Mechanisms of APS-YSZ-CoNiCrAlY Thermal Barrier Coating Under Isothermal Oxidation and Solid Particle Erosion

材料科学 热障涂层 氧化钇稳定氧化锆 复合材料 等温过程 涂层 氧化物 立方氧化锆 粒子(生态学) 冶金 扫描电子显微镜 陶瓷 物理 海洋学 热力学 地质学
作者
Samia K. Essa,Kuiying Chen,Rong Liu,Xijia Wu,Matthew Yao
出处
期刊:Journal of Thermal Spray Technology [Springer Science+Business Media]
卷期号:30 (1-2): 424-441 被引量:40
标识
DOI:10.1007/s11666-020-01124-4
摘要

The high-temperature oxidation and solid particle erosion of thermal barrier coating (TBC) system which consists of a 8 wt.% yttria-partially stabilized zirconia (YSZ) top coat and CoNiCrAlY bond coat deposited on Inconel 718 substrate via air plasma spraying (APS) process are studied experimentally. Isothermal oxidation tests of the APS-TBCs are conducted at 1050, 1100 and 1150 °C in air for up to 1970 h. Solid particle erosion tests are also performed on both as-deposited and heat-treated APS-TBC specimens at selected particle impingement angles and velocities in room temperature. The scanning electron microscopy (SEM) analyses of the cross sections of the APS-TBC specimens after the oxidation tests show the formation of thermally grown oxide (TGO) scale due to the oxidation of CoNiCrAlY bond coat, and the oxidation kinetics of TGO growth is described by the parabolic rate equation. The failure of the APS-TBC system under isothermal oxidation is associated with the spallation of the top coat through propagation and coalescence of cracks along the coating interface, which is affected by the TGO growth. The solid particle erosion rate of the top coat is found to increase with impingement angle and reach the maximum erosion rate at normal impingement of particles. The erosion resistance of the APS-TBC is observed to increase after the APS-TBC specimen has been exposed at 1100 and 1150 °C for 72 h, probably due to the sintering effect on the top coat, which results in reduction of top coat porosity.
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