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

Stein, Zachary und Förster, Jan Erik und Kenesei, Peter und Park, Jun Song und Almer, Jonathan und Wischek, Janine und Bartsch, Marion und Schulz, Uwe und Naraparaju, Ravisankar (2025) CMAS Infiltration Studies on Thermal Barrier Coaings under Thermal Gradients Using Synchrotron X-Ray Diffraction. In: AIAA Science and Technology Forum and Exposition, AIAA SciTech Forum 2025. AIAA SCITECH 2025 Forum. AIAA SciTech Forum, 2025-01-06 - 2025-01-10, Orlando, FL. 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/216881/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:CMAS Infiltration Studies on Thermal Barrier Coaings 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 ErikJan.Foerster (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kenesei, Peteradvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Jun SongAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Lemont, IL 60439, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, JonathanX-Ray Science Division, Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IL 60439,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, Janinejanine.wischek (at) dlr.deNICHT 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
Datum:2025
Erschienen in:AIAA Science and Technology Forum and Exposition, AIAA SciTech Forum 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2025-2502
Verlag:AIAA SCITECH 2025 Forum
ISBN:978-162410723-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:X ray diffractionThermal BarrierAnnealing TemperaturePhysical Vapor DepositionMicrostructureGas Turbine EnginesCooling ChannelTurbine BladesAir FlowingArgonne National Laboratory
Veranstaltungstitel:AIAA SciTech Forum
Veranstaltungsort:Orlando, FL
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:6 Januar 2025
Veranstaltungsende:10 Januar 2025
Veranstalter :AIAA SCITECH 2025 Forum
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 > Hochtemperatur-und Funktionsschutzschichten
Institut für Werkstoff-Forschung > Experimentelle und numerische Methoden
Hinterlegt von: Naraparaju, Dr Ravisankar
Hinterlegt am:06 Okt 2025 10:55
Letzte Änderung:19 Nov 2025 10:59

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