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CMAS Infiltration Studies on Thermal Barrier Coatings under Thermal Gradients Using Synchrotron X-Ray Diffraction

Stein, Zachary und Förster, Jan Eric und Kenesei, Peter und Park, Jun-Sang und Almer, Jonathan und Wischek, Janine und Bartsch, Marion und Schulz, Uwe und Naraparaju, Ravisankar und Raghavan, Seetha (2025) CMAS Infiltration Studies on Thermal Barrier Coatings under Thermal Gradients Using Synchrotron X-Ray Diffraction. In: AIAA SciTech 2025 Forum, e325579. AIAA Science and Technology Forum and Exposition, AIAA SciTech Forum 2025, 2025-01-06 - 2025-01-10, Orlando, FL, USA. doi: 10.2514/6.2025-2502. ISBN 978-162410723-8.

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Kurzfassung

High temperature ceramic protective coatings, also called thermal barrier coatings (TBCs), are used to protect components, which are internally or back-side cooled. Calcium-magnesiumalumino-silicate (CMAS) particulates, such as sand, are ingested by these aero-engines and travel through the hot gas stream, eventually depositing onto the TBCs. The subsequent degradation is detrimental to the lifetime of the coatings with the risk of engine failure. In this work, synchrotron X-ray diffraction measurements were used to capture effects CMAS has on a 7-8 wt% yttria-stabilized zirconia (YSZ) TBC applied on an internally cooled hollow dogbone sample under thermal gradient conditions. Thermochemical degradation of the YSZ coating was observed, after 1 hour of CMAS-infiltration, through the formation of monoclinic phase. The monoclinic phase concentration was observed to be around 18% at the surface of the YSZ coating and declining towards zero halfway through the coating. This monoclinic concentration is roughly 2 times less than under isothermal conditions at similar annealing temperatures and timescales. These results showcase the successful capture and monitoring of coating degradation throughout a replicated aircraft flight cycle. These results can be further expanded upon with other coating systems, to elucidate the transitory processes of in-situ coating degradation throughout an operational cycle. The results may be used in strategies to mitigate the detrimental effects of CMAS on high temperature ceramics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213590/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:CMAS Infiltration Studies on Thermal Barrier Coatings under Thermal Gradients Using Synchrotron X-Ray Diffraction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stein, ZacharyEmbry-Riddle Aeronautical University, Daytona, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Förster, Jan EricEmbry-Riddle Aeronautical University, Daytona, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kenesei, Peteradvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Jun-Sangadvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinois, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, JonathanAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, JanineGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, MarionMarion.Bartsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3952-2928183029244
Schulz, UweUwe.Schulz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0362-8103NICHT SPEZIFIZIERT
Naraparaju, RavisankarRavisankar.Naraparaju (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3944-1132NICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, SeethaEmbry-Riddle Aeronautical University, Daytona, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2025
Erschienen in:AIAA SciTech 2025 Forum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2025-2502
Seitenbereich:e325579
ISBN:978-162410723-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermal barrier coating, Thermal gradient, Molten sand infiltration, Aero engine, Synchrotron X-ray diffraction
Veranstaltungstitel:AIAA Science and Technology Forum and Exposition, AIAA SciTech Forum 2025
Veranstaltungsort:Orlando, FL, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:6 Januar 2025
Veranstaltungsende:10 Januar 2025
Veranstalter :American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Werkstoffmechanische Prüfung
Institut für Werkstoff-Forschung > Experimentelle und numerische Methoden
Institut für Werkstoff-Forschung > Hochtemperatur-und Funktionsschutzschichten
Hinterlegt von: Bartsch, Dr.-Ing. Marion
Hinterlegt am:28 Apr 2025 08:15
Letzte Änderung:28 Apr 2025 08:15

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