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SYNCHROTRON XRD MEASUREMENTS MAPPING INTERNAL STRAINS OF THERMAL BARRIER COATINGS DURING THERMAL GRADIENT MECHANICAL FATIGUE LOADING

Knipe, Kevin und Sofronsky, Stephen und Almer, Jonathan und Meid, Carla und Bartsch, Marion und Manero, Albert und Okasinski, John und Wischek, Janine und Karlsson, Anette M. und Raghavan, Seetha (2014) SYNCHROTRON XRD MEASUREMENTS MAPPING INTERNAL STRAINS OF THERMAL BARRIER COATINGS DURING THERMAL GRADIENT MECHANICAL FATIGUE LOADING. In: ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Vol. 6, V006T02A011. ASME Publishing, New York. ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, 2014-06-16 - 2014-06-20, Düsseldorf. doi: 10.1115/GT2014-26919. ISBN 978-0-7918-4575-2. ISSN GT2014-26919.

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Kurzfassung

An understanding of the high temperature mechanics experienced in Thermal Barrier Coatings (TBC) during cycling conditions would be highly beneficial to extending the lifespan of the coatings. This study will present results obtained using synchrotron x-rays to measure depth resolved strains in the various layers of TBCs under thermal mechanical loading and a superposed thermal gradient. Tubular specimens, coated with Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) and an aluminum containing nickel alloy as a bond coat both through Electron Beam - Physical Vapor Deposition (EBPVD), were subjected to external heating and controlled internal cooling generating a thermal gradient across the specimen’s wall. Temperatures at the external surface were in excess of 1000 °C. Throughout high temperature testing, 2-D high-resolution XRD strain measurements are taken at various locations through the entire depth of the coating layers. Across the YSZ a strain gradient was observed showing higher compressive strain at the interface to the bond coat than towards the surface. This behavior can be attributed to the specific microstructure of the EB-PVD-coating, which reveals higher porosity at the outer surface than at the interface to the bond coat, resulting in a lower in plane modulus near the surface. This location at the interface displays the most significant variation due to applied load at room temperature with this effect diminishing at elevated uniform temperatures. During thermal cycling with a thermal gradient and mechanical loading, the bond coat strain moves from a highly tensile state at room temperature to an initially compressive state at high temperature before relaxing to zero during the high temperature hold. The results of these experiments give insight into previously unseen material behavior at high temperature which can be used to develop an increased understanding of various failure modes and their causes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/91664/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:SYNCHROTRON XRD MEASUREMENTS MAPPING INTERNAL STRAINS OF THERMAL BARRIER COATINGS DURING THERMAL GRADIENT MECHANICAL FATIGUE LOADING
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Knipe, KevinUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sofronsky, StephenUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, JonathanAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meid, Carlacarla.meid (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, Marionmarion.bartsch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manero, AlbertUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Okasinski, JohnAdvanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IllinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, Janinejanine.wischek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karlsson, Anette M.Cleveland State University, Ohio, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, SeethaUniversity of Central Florida, Orlando, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juni 2014
Erschienen in:ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:Vol. 6
DOI:10.1115/GT2014-26919
Seitenbereich:V006T02A011
Verlag:ASME Publishing, New York
Name der Reihe:ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition
ISSN:GT2014-26919
ISBN:978-0-7918-4575-2
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Fatigue , Thermal barrier coatings , Temperature gradient
Veranstaltungstitel:ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition
Veranstaltungsort:Düsseldorf
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2014
Veranstaltungsende:20 Juni 2014
Veranstalter :ASME - American Society of Mechanical Engineers
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
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:11 Nov 2014 14:51
Letzte Änderung:24 Apr 2024 19:57

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