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Stress accumulation and damage behavior of EB-PVD thermal barrier coating systems under complex thermal mechanical fatigue loading

Bartsch, Marion und Schneider, Janine und Meid, Carla und Hernadez , Mercedes und Karlsson, Anette M. und Knipe, Kevin und Manero, Albert und Raghavan, Seetha und Almer, Jonathan und Okanzinski, John (2012) Stress accumulation and damage behavior of EB-PVD thermal barrier coating systems under complex thermal mechanical fatigue loading. Seminar of X-ray Science Division (XSD) at Advanced Photon Source, Argonne National Lab, 13. Nov. 2012, Argonne, Illinois, USA.

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Kurzfassung

Thermal barrier coatings (TBC) are applied on cooled gas turbine components. Between the heated and cooled surfaces a thermal gradient develops, resulting for constraint components in high multiaxial stresses, which may exceed stresses due to mechanical loading. In order to investigate the damage behaviour of TBC systems under close to reality conditions, thermal mechanical fatigue tests with controlled thermal gradients (TGMF-tests) were performed on coated tubular specimens. The specimen substrate was made from directionally solidified nickel base superalloy IN100 DS, and the coating system comprised a NiCoCrAlY bond coat and a ceramic top coat from partially stabilized zirconia. In TGMF testing specific damages occurred underneath the adherent ceramic top coat, evolving into fatigue cracks, which propagated primarily in the metallic bond coat parallel to the surface. To explain the initiation and evolution of these fatigue cracks, the thermo-mechanical response of the bond coat and the thermally grown oxide (TGO) between bond coat and ceramic top coat is examined and quantified through finite element analyses. The models include non-linear and time-dependent behaviour such as creep, TGO growth stress, and thermo-mechanical cyclic loading. The simulations suggest that stress redistribution due to creep can lead to tensile stresses in the TGO during TGMF testing that are large enough to initiate the cracks investigated. It is planned to verify the models by means of in-situ synchrotron X-ray strain measurements at Argonne National Laboratory on coated TGMF-specimens with the same geometry and the same coating system as used in the initial tests performed at DLR but with a newly built TGMF- test facility.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/79388/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Stress accumulation and damage behavior of EB-PVD thermal barrier coating systems under complex thermal mechanical fatigue loading
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bartsch, Marionmarion.bartsch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schneider, JanineDLR WF (WP)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meid, CarlaDLR WF (ENM)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hernadez , MercedesUniversity of DelawareNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karlsson, Anette M.Cleveland State University, Ohio, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knipe, KevinUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manero, AlbertUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, SeethaUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, JonathanAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Okanzinski, JohnAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 November 2012
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Stichwörter:Thermal Barrier Coatings, residual stress, synchrotron X-ray strain measurement, in situ strain measurement, thermal mechanical fatigue
Veranstaltungstitel:Seminar of X-ray Science Division (XSD) at Advanced Photon Source, Argonne National Lab
Veranstaltungsort:Argonne, Illinois, USA
Veranstaltungsart:Andere
Veranstaltungsdatum:13. Nov. 2012
Veranstalter :X-ray Science Division (XSD) at Advanced Photon Source, Argonne National Lab
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebe (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Antriebsforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk und Validierungsmethoden (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Experimentelle und numerische Methoden
Hinterlegt von: Bartsch, Dr.-Ing. Marion
Hinterlegt am:04 Dez 2012 10:18
Letzte Änderung:04 Dez 2012 10:18

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