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In-situ synchrotron X-ray strain measurements in TBC systems during thermal mechanical cycling

Bartsch, Marion und Meid, Carla und Wischek, Janine und Karlsson, Anette M. und Knipe, Kevin und Manero, Albert und Raghavan, Seetha und Okasinski, John und Almer, Jonathan (2013) In-situ synchrotron X-ray strain measurements in TBC systems during thermal mechanical cycling. In: Proceedings of the 3rd Japanese - German international Workshop on Thermal Barrier Coatings (memory stick - contribution C5). Third Japanese-German TBC Workshop, 2013-06-25 - 2013-06-27, München, Deutschland.

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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. In order to get experimental data of the strain in the different layers of the coating system during TGMF-loading a test device has been assembled allowing in-situ strain measurements in the entire TBC system by means of synchrotron X-rays. Data analyses so far have shown that all layers could be identified, for all layers it is possible to measure strain qualitatively, and the TGO showed a texture. Goal of the ongoing work is the calculation of the full strain tensor in each layer for the entire thermal mechanical load cycle.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/83590/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:In-situ synchrotron X-ray strain measurements in TBC systems during thermal mechanical cycling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bartsch, Marionmarion.bartsch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meid, CarlaDLR WF (ENM)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, Janinejanine.wischek (at) dlr.deNICHT 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
Okasinski, JohnAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, JonathanAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Juni 2013
Erschienen in:Proceedings of the 3rd Japanese - German international Workshop on Thermal Barrier Coatings (memory stick - contribution C5)
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermal Barrier Coating, TBC, thermal mechanical cycling, thermal gradient, TGMF, X-ray diffraction, in situ strain measurement, synchrotron radiation
Veranstaltungstitel:Third Japanese-German TBC Workshop
Veranstaltungsort:München, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:25 Juni 2013
Veranstaltungsende:27 Juni 2013
Veranstalter :Technische Universität Darmstadt
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:29 Aug 2013 11:27
Letzte Änderung:24 Apr 2024 19:49

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