PEŁNY TEKST/FULL TEXT - pdf

Grzegorz moskal
Powłokowe bariery cieplne typu DCL
wprowadzenie
Powłokowe bariery cieplne (TBC – Thermal Barrier Coatings) stanowią podstawowy sposób zabezpieczenia powierzchni, który wraz
z wewnętrznym chłodzeniem powietrzem umożliwia zwiększanie trwałości elementów gorącej sekcji turbin gazowych silników
lotniczych [1]. Zastosowanie tego typu powłok pozwala również
na wzrost temperatury gazów wylotowych, a przez to na poprawę
sprawności turbin gazowych zarówno stacjonarnych, jak i lotniczych [2]. Możliwości, jakie dają warstwy TBC, nie są do tej pory
w pełni wykorzystane ze względu na obawy, iż uszkodzenie warstwy ceramicznej (lub jej fragmentu) może prowadzić do katastrofalnych w skutkach uszkodzeń podłoża metalicznego. W związku
z tym krytyczne elementy turbin gazowych, dla ochrony których
stosuje się warstwy TBC, są projektowane w taki sposób, aby minimalizować ryzyko tego typu uszkodzeń [3]. Niemniej z punktu
widzenia materiałowego technologia TBC jest uznawana za najskuteczniejszą w uzyskaniu zadowalającej ochrony podłoża metalicznego przy równoczesnej poprawie parametrów sprawnościowych
turbiny [3].
Większość powłokowych barier cieplnych stanowi układ funkcjonalnie i strukturalnie złożony, który należy traktować jako system zbudowany z wielu materiałów o zasadniczo różnych właściwościach fizykochemicznych. Standardowo stosowane w silnikach
lotniczych warstwy TBC składają się z zewnętrznej warstwy izolującej o grubości w zakresie 125÷250 μm oraz warstwy podkładowej (międzywarstwy) o grubości od 50 do 125 μm naniesionej
bezpośrednio na metaliczne podłoże. Zazwyczaj warstwę izolującą
wytwarza się z proszków na bazie tlenku cyrkonu modyfikowanego
tlenkiem itru w ilości od 6 do 8% mas. (6-8YSZ) metodą natrysku
plazmowego (APS – Air Plasma Spraying) [4]. Dobór materiału
wynika z jego małego przewodnictwa cieplnego przy równocześnie
dużej wartości współczynnika rozszerzalności liniowej. Rolą międzywarstwy jest ochrona materiału podłoża przeciwko procesom
utleniania wysokotemperaturowego. W warunkach pracy turbiny
proces dyfuzji tlenu przez warstwę ceramiczną jest dość szybki,
zwłaszcza jeżeli uwzględni się obecność porów i mikropęknięć
w warstwie, a także zjawiska dyfuzji jonów tlenu [3].
Ograniczenia w wykorzystaniu systemów TBC wynikają głównie ze skłonności tego typu warstw do pękania i odpadania zewnętrznej izolującej warstwy ceramicznej. W związku z tym jest
konieczne szukanie nowych rozwiązań materiałowych, które pozwolą na zwiększenie trwałości powłokowych barier cieplnych.
Jedną z takich koncepcji są funkcjonalne materiały gradientowe
(FGM – Functionally Graded Materials). Podstawą tej koncepcji
jest założenie, że przez odpowiednią kombinację dwóch lub więcej
materiałów funkcjonalność całego systemu może zostać zwiększona w porównaniu z każdym z tych materiałów samodzielnie [5].
Prawidłowo zaprojektowany i wykonany układ gradientowy (gradient mikrostruktury i/lub składu chemicznego) powinien zapewnić
lepszą odporność warstwy ceramicznej bariery cieplnej na inicjację i propagację pęknięć. Ponadto granica układu gradientowego
Dr hab. inż. Grzegorz Moskal ([email protected]) – Instytut Nauki o Materiałach, Politechnika Śląska, Katowice
NR 4/2014 sprzyja zmniejszeniu lub eliminacji naprężeń, które w aktualnie
stosowanych warstwach wynikają ze skokowej zmiany właściwości materiału, tj. modułu Younga i współczynnika rozszerzalności
liniowej [6].
Pierwotnie koncepcja warstw TBC o charakterze gradientowym została zastosowana do warstw typu MCrAlY/8YSZ. Ten typ
warstw TBC okazał się niezbyt trwałym rozwiązaniem, co wynikało z przyspieszonej degradacji [3, 8÷17]. Jedynie w pracy [18]
stwierdzono poprawę odporności na utlenianie cykliczne w porównaniu z warstwą standardową. Konkluzją prowadzonych prac w zakresie warstw FGM typu MCrAlY/8YSZ jest stwierdzenie, iż ich
trwałość w warunkach utleniania jest zadowalająca w temperaturze
poniżej 800°C [11]. W przypadku gdy temperatura pracy nie jest
wysoka, np. poniżej 600°C w silnikach Diesla, rozwiązanie tego
typu okazało się bardzo korzystne, co wynikało ze zmniejszenia naprężeń mechanicznych i cieplnych [19].
Jednym z najnowszych rozwiązań w obszarze gradientowych
warstw TBC są warstwy typu DCL (DLC – Double Ceramic Layer), które pozwalają nie tylko na zmniejszenie naprężeń w warstwie
izolującej, ale umożliwiają również zastosowanie jako zewnętrznej
warstwy ceramicznej materiałów o małym przewodnictwie cieplnym, lecz dużej skłonności do reakcji z tlenkiem aluminium wchodzącym w skład strefy tlenków TGO (TGO – Thermally Grown
Oxides) i tworzących fazy aluminanowe.
Do grupy tych materiałów zalicza się przede wszystkim cyrkoniany ziem rzadkich o sieci typu pyrochlorów o ogólnym wzorze
RE2Zr2O7, które charakteryzują się małym przewodnictwem cieplnym, dużą stabilnością składu fazowego i akceptowalnym poziomem wartości współczynnika rozszerzalności liniowej [20÷26].
Jednakże cyrkoniany ziem rzadkich charakteryzują się dwoma
zasadniczymi wadami w porównaniu ze standardowo używanym
tlenkiem cyrkonu modyfikowanym tlenkiem itru. Pierwsza z nich
to wspomniana silna skłonność do reakcji cyrkonianów z tlenkiem
aluminium [21, 27], czego konsekwencją jest tworzenie się w wyniku procesów dyfuzyjnych aluminanów ziem rzadkich. Drugą wadą
jest znacznie mniejsza wytrzymałość w porównaniu z tlenkiem
8YSZ [21, 28], co ma wyjątkowo negatywny wpływ na odporność
na pękanie warstw TBC.
Skutecznym sposobem złagodzenia dużej reaktywności pyrochlorów w obecności tlenku aluminium są warstwy typu DCL
o ogólnym oznaczeniu RE2Zr2O7/8YSZ. Po raz pierwszy warstwy
tego typu zostały zaproponowane przez Vassena [29] i Cao [30].
W powłokach tego typu zewnętrzną warstwę stanowi cyrkonian
pierwiastków ziem rzadkich, natomiast warstwę wewnętrzną części
izolacyjnej powłoki stanowi tlenek 8YSZ.
Warstwy DCL są wytwarzane metodami natrysku plazmowego APS, a także metodą EB-PVD (Electron Beam Phisical Vapor
Deosition). Można również spotkać rozwiązania łączące obie te
metody, jak również metody zol-żel i GT-PS (Gas-Tunnel Plasma
Spring). Jako warstwę wewnętrzną stosuje się zazwyczaj standardowy materiał typu 8YSZ (samodzielnie lub w układzie z warstwą
NiCrAlY), ale również tlenek Al2O3 i pyrochlory na bazie ceru. Zewnętrzną warstwę stanowią zazwyczaj związki typu A2B2O7 z grupy cyrkonianów, cerianów i hafnianów o sieci typu pyrochlorów
i fluorytu, związki o sieci typu perowskitu oraz magnetoplumbitu,
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
303
a także mulit, fosforany pierwiastków ziem rzadkich, standardowy
i modyfikowany tlenkami pierwiastków ziem rzadkich tlenek YSZ.
procedura eksperymentu
Badaniom poddano osadzone na stosowanym na komory spalania
stopie niklu AMS 5599 cztery rodzaje warstw DCL z międzywarstwą
NiCrAlY oraz wewnętrzną warstwą 8YSZ. Zewnętrzną warstwę
izolującą wykonano za pomocą natrysku plazmowego proszków
cyrkonianowych typu Gd2Zr2O7, La2Zr2O7, Sm2Zr2O7 i Nd2Zr2O7.
Powłoki osadzono na próbkach o wymiarach 40×20×2 mm. Podłoże przed natryskaniem międzywarstwy piaskowano do poziomu chropowatości ok. 4 µm oraz odtłuszczano. Następnie metodą
natrysku plazmowego w próżni naniesiono warstwę podkładową
typu Ni-22Cr-10Al-Y o grubości ok. 125 µm. Warstwę izolacyjną RE2Zr2O7/8YSZ naniesiono, stosując dwa podajniki proszku.
Bezpośrednio na warstwę podkładową naniesiono konwencjonalny
tlenek 8YSZ, następnie, podając proszek z dwóch podajników, wytworzono strefę przejściową RE2Zr2O7 + 8YSZ. W ostatniej fazie
procesu osadzono tylko fazę cyrkonianową.
Zakres przeprowadzonych badań obejmował ocenę makroskopową warstw oraz badania mikrostruktury z punktu widzenia kryteriów standardowo stosowanych do oceny warstw TBC na bazie
tlenku 8YSZ. Scharakteryzowano budowę warstwy, jej grubość,
porowatość oraz obecność pęknięć. Wykonano również badania
składu fazowego (rentgenowska analiza składu fazowego) warstw
izolujących. Metodą sin2ψ oszacowano stan naprężeń. Dokonano
charakterystyki topografii warstwy zewnętrznej metodą profilometrii laserowej. Za pomocą EDS oceniono rozmieszczenie cyrkonu
i pierwiastków ziem rzadkich.
dysków na powierzchni obrabianego przedmiotu. Morfologię warstwy wierzchniej otrzymanych powłok, a także wyniki badań profilometrycznych, ilościowo charakteryzujących topografię warstwy
ceramicznej przedstawiono na rysunkach 2 i 3 oraz w tabeli 1.
Obserwowane powierzchnie, niezależnie od rodzaju zastosowanego proszku wyjściowego, charakteryzują się silnym spękaniem,
co jest efektem szybkiego przechodzenia ciekłego proszku w stan
stały. Widoczne są również pojedyncze zastygnięte krople natryskiwanej ceramiki. Obserwowana struktura jest typowa dla procesu
natryskiwania cieplnego w atmosferze powietrza.
Jakościowa i ilościowa ocena powierzchni warstw DCL nie wykazała zasadniczych różnic w odniesieniu do poziomu chropowatości analizowanych powłok.
Analiza składu fazowego powłok DCL wykazała, że we wszystkich czterech przypadkach ma się do czynienia z materiałem ceramicznym na bazie cyrkonianów pierwiastków ziem rzadkich. Nie
Gd2Zr2O7/8YSZ
La2Zr2O7/8YSZ
Sm2Zr2O7/8YSZ
Nd2Zr2O7/8YSZ
Wyniki badań
Pierwszym etapem przeprowadzonych badań była ocena wizualna
powłok TBC bezpośrednio po procesie natryskiwania w atmosferze powietrza. Otrzymane powłoki charakteryzowały się makroskopowo równomierną grubością, bez pogrubień na krawędziach
płaskich próbek. Nie stwierdzono obecności makroskopowych pęknięć i delaminacji zewnętrznej warstwy ceramicznej. Kolor pokryć
typu Gd2Zr2O7, La2Zr2O7 i Sm2Zr2O7 jest do siebie bardzo zbliżony, natomiast warstwa Nd2Zr2O7 ma barwę oliwkową, co wynika
z koloru zastosowanych proszków cyrkonianowych. Widok makroskopowy otrzymanych powłokowych barier cieplnych typu DCL
przedstawiono na rysunku 1.
Powłoki wykazują typową dla procesu APS chropowatość związaną z mechanizmem tworzenia się warstwy, tj. przetapianiem cząstek proszku i osadzeniem go w postaci ciekłych spłaszczonych
Gd2Zr2O7/8YSZ
La2Zr2O7/8YSZ
Sm2Zr2O7/8YSZ
Nd2Zr2O7/8YSZ
Rys. 1. Makroskopowy widok warstw TBC typu DCL
Fig. 1. Macroscopic view of TBC systems of DCL type
304 Rys. 2. Morfologia powierzchni warstwy wierzchniej powłok DCL
Fig. 2. Morphology of top surface of DCL type coatings
Gd2Zr2O7/8YSZ
La2Zr2O7/8YSZ
Sm2Zr2O7/8YSZ
Nd2Zr2O7/8YSZ
Rys. 3. Izometryczny obraz 2D chropowatości powierzchni powłok DCL
Fig. 3. 2D isometric view of DCL type coatings roughness
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ROK XXXV
Tabela 1. Wyniki ilościowej oceny chropowatości powierzchni warstw
typu TBC
Table 1. Results of quantitative assessment of TBC roughness
Parametr
Gd2Zr2O7/
8YSZ
La2Zr2O7/
8YSZ
Sm2Zr2O7/
8YSZ
Nd2Zr2O7/
8YSZ
Rz, µm
42,41
53,40
38,11
41,62
Ra, µm
8,05
11,30
9,02
7,58
Rq, µm
9,96
13,50
10,50
9,32
Rz – maksymalna wysokość profilu chropowatości, Ra – odchylenie średnie
arytmetyczne profilu chropowatości, Rq – odchylenie średnie kwadratowe profilu chropowatości
obserwowano refleksów dyfrakcyjnych pochodzących z materiału
8YSZ osadzonego jako warstwa wewnętrzna (rys. 4).
Metodą rentgenowską sin2ψ oszacowano naprężenia występujące w powierzchniowej części warstwy ceramicznej. Na wartość
naprężeń resztkowych w warstwach typu TBC mają wpływ trzy
zasadnicze czynniki [31, 32]
–– naprężenia związane z zmianami składu fazowego,
–– naprężenia będące efektem gwałtownego chłodzenia ciekłych
kropel natryskiwanego materiału ceramicznego,
–– naprężenia wynikające z różnic w wartościach współczynnika
temperaturowego rozszerzalności liniowej warstwy ceramicznej
w porównaniu z materiałem warstwy podkładowej i materiałem podłoża.
Wartość naprężeń jest ważna z punktu widzenia trwałości
warstw TBC, na którą mają wpływ również naprężenia wynikające z niedopasowania współczynników rozszerzalności liniowej,
utleniania i tworzenia się strefy tlenków TGO, kształtu powierzchni rozdzielającej podkład i warstwę ceramiczną, a także naprężeń
wynikających z procesów pełzania i odkształcenia plastycznego
[33]. Wraz ze wzrostem grubości zmienia się również stan naprężeń
w warstwie ceramicznej, przyjmując w przypadku grubych warstw
wartości dodatnie, odpowiadające naprężeniom rozciągającym. Jest
to efekt, który może spowodować zmniejszenie trwałości tego typu
układów w warunkach eksploatacji, chyba że zasadniczo zwiększy
się porowatość warstwy ceramicznej. Powoduje to jednak znaczne
pogorszenie właściwości mechanicznych.
Wartość naprężeń oszacowanych metodą sin2ψ dla wszystkich
wariantów powłokowych warstw barierowych zestawiono w tabeli 2.
We wszystkich przypadkach powłokowych barier cieplnych
stwierdzono zbliżone wartości naprężeń o charakterze ściskającym. Rodzaj oraz wartość naprężeń w badanych warstwach TBC
są korzystne z punktu widzenia trwałości w warunkach eksploatacyjnych. Należy jednak uwzględnić to, iż są to pomiary wykonane
w zewnętrznej części obszaru warstwy izolacyjnej. Decydujące dla
trwałości warstwy będą naprężenia generowane w pobliżu międzywarstwy, w tym związane z tworzeniem się strefy tlenków TGO.
Podstawowym parametrem podlegającym ocenie w przypadku
powłokowych barier cieplnych jest grubość otrzymanej warstwy.
W pracy stosowano próbki płaskie, w związku z czym ocena została
wykonana w 15 losowo wybranych obszarach, przy czym przedstawiono również rozrzut wyników wyrażony wartościami maksymalnej i minimalnej grubości oraz odchylenia standardowego.
Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 3. Grubość warstw zależy
od parametrów natryskiwania i jest zdeterminowana ich zastosowaniem. W przypadku konwencjonalnych warstw typu 8YSZ nie
przekracza zazwyczaj 300 µm.
/8YSZ
Gd2Gd
Zr2Zr
O7O/8YSZ
/8YSZ
La2La
ZrZr
2OO
7/8YSZ
/8YSZ
Sm2Sm
Zr2Zr
OO7/8YSZ
/8YSZ
Nd2Nd
ZrZr
2OO7/8YSZ
2
2
2
2
7
7
2
2
2
2
7
7
Rys. 4. Wyniki badań dyfrakcyjnych warstw DCL
Fig. 4. XRD diffraction patterns of DCL type
NR 4/2014 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
305
Tabela 2. Wartość naprężeń warstw TBC oszacowanych metodą sin2ψ
Table 2. Residual stress of TBC systems measured by sin2ψ method
Naprężenie
Gd2Zr2O7/
8YSZ
La2Zr2O7/
8YSZ
Sm2Zr2O7/
8YSZ
Nd2Zr2O7/
8YSZ
σ, MPa
–14,56
–9,61
–7,25
–6,87
Tabela 3. Wyniki pomiarów grubości warstwy ceramicznej
Table 3. Results of thickness measurement of ceramic top-layer
Grubość [µm]
Gd2Zr2O7/
8YSZ
La2Zr2O7/
8YSZ
Sm2Zr2O7/
8YSZ
Nd2Zr2O7/
8YSZ
Wartość
średnia
330
320
320
250
Wartość
maksymalna
347
331
329
275
Wartość
minimalna
314
309
305
240
Odchylenie
standardowe
13
9
10
8
Badane warstwy miały grubość od 250 do 330 μm, a więc nieco
więcej od typowej grubości powłokowych barier cieplnych. Grubość strefy zewnętrznej typu RE2Zr2O7 to ok. 100÷105 μm. Podobne
wartości wyznaczono dla strefy wewnętrznej wykonanej z proszku
8YSZ. Strefa przejściowa to obszar o grubości 100÷110 μm. Szczegóły budowy mikrostruktury powłoki przedstawiono na rysunku 5.
Poszczególne strefy warstwy izolującej, niezależnie czy otrzymane
z proszku typu 8YSZ, czy proszku cyrkonianowego, charakteryzują
się budową lamelarną z widocznymi porami i pęknięciami o różnej
orientacji względem podłoża. Widoczny jest ponadto obszar przejściowy o grubości ok. 1/3 całej powłoki ceramicznej, rozdzielający
strefę zewnętrzną warstwy (zbudowaną z fazy RE2Zr2O7) od strefy wewnętrznej (tlenek 8YSZ). W strefie przejściowej są obecne
liczne pory o rozmiarach nieznacznie większych niż w przypadku
warstw typu 8YSZ i RE2Zr2O7.
Budowa warstwy izolującej w strefie połączenia z międzywarstwą jest prawidłowa. Na powierzchni międzywarstwy stwierdzono
lokalnie występujące tlenki, co jest typowe dla procesu natrysku
plazmowego. Widoczne są również pęknięcia, w tym propagujące
prostopadle od powierzchni, co jest efektem oddziaływania naprężeń rozciągających w tym obszarze.
PODSUMOWANIE
Przedstawione w artykule warstwy TBC typu DCL charakteryzują
się wielowarstwową budową. Warstwę zewnętrzną stanowi ceramika na bazie cyrkonianów ziem rzadkich, warstwę wewnętrzną
konwencjonalna ceramika na bezie tlenku cyrkonu modyfikowanego tlenkiem itru. Stwierdzono również obecność strefy przejściowej, zbudowanej z obu typu materiałów ceramicznych. Morfologia wszystkich czterech powłok jest zbliżona i typowa dla powłok
natryskiwanych plazmowo. Potwierdziły to wyniki badań SEM
i topografii laserowej warstwy wierzchniej powłok ceramicznych
DCL. Również ilościowa charakterystyka topografii powierzchni we wszystkich przypadkach jest bardzo zbliżona. Podobnie jak
wyniki pomiarów napręzeń metodą sin2ψ w warstwie wierzchniej
badanych powłok. Ponadto badania rentgenowskie składu fazowego wykazały we wszystkich przypadkach uzyskanie jednofazowej
warstwy ceramicznej o sieci typu pyrochlorów i ogólnym wzorze
RE2Zr2O7.
Rolą warstwy zewnętrznej otrzymanej w wyniku natrysku
proszków cyrkonianowych jest zapewnienie lepszego efektu izolacji cieplnej podłoża metalicznego w porównaniu z konwencjonalnymi warstwami 8YSZ, co wykazano na przykładzie warstwy
306 Rys. 5. Mikrostruktura warstwy DCL typu Gd2Zr2O7/8YSZ
Fig. 5. DCL coating microstructure of Gd2Zr2O7/8YSZ type
typu Nd2Zr2O7/8YSZ [34], która okazała się być lepsza pod tym
względem nawet od warstwy jednorodnej typu Nd2Zr2O7. Zadaniem
warstwy wewnętrznej na bazie tlenku 8YSZ jest minimalizacja reaktywności cieplno-chemicznej pomiędzy warstwą ceramiczną
a warstwą podkładową NiCrAlY i tlenkiem Al2O3. W przypadku
warstw TBC typu RE2Zr2O7, w warunkach wygrzewania, tworzą
się tlenki złożone typu REAlO3, co przyspiesza proces niszczenia
warstw barierowych [35÷38].
Zastosowanie dodatkowej warstwy ceramicznej typu 8YSZ oraz
wytworzenie strefy przejściowej 8YSZ + RE2Zr2O7 pozwala zatem na dodatkowe obniżenie temperatury w wyniku wytworzenia
dodatkowych granic międzyfazowych [34, 39], ale także nie pozwala na tworzenie się niekorzystnych tlenków w strefie TGO na
powierzchni warstwy podkładowej NiCrAlY. W konsekwencji sam
mechanizm degradacji i zjawiska w strefie TGO są analogiczne jak
dla warstw konwencjonalnych [39, 40]. - to jest dyskusja, a nie podsumowanie własnych badań. Trzeba to gdzieś przenieść, a tu dodać
odwołania do własnych wyników.
Podziękowanie
Badania realizowane w ramach Projektu Nr POIG. 01.01.0200-015/09 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (
POIG ). Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
literatura
[1] DeMasi-Marcin J. T., Gupta D. K.: Protective coatings in the gas turbine
engine. Surface and Coating Technology 68-69 (1994) 1÷9.
[2] Materials/manufacturing plan for advanced turbine systems program.
DOEJOR Report 2007, U.S. Department of Energy, Washington, DC,
(1994) [w:] Proceedings of the 1995 Thermal Barrier Coating Workshop.
Compiled by W. J. Brindley. NASA Conference Publication 3312 (1995).
[3] Lee W. Y., Stinton D. P., Berndt C. C., Erdogan F., Lee Y.-D., Mutasim
Z.: Concept of functionally graded materials for advanced thermal barrier
coating applications: A review. Journal of the American Ceramic Society
79 (1996) 3003÷3012.
[4] Miller R. A.: Current status of thermal barrier coatings – an overview.
Surface and Coating Technology 30 (1987) 1÷11.
[5] Rabin B. H., Shiota I.: Functionally gradient materials. MRS Bulletin 20
(1995) 14÷22.
[6] Erdogan F.: Fracture mechanics of functionally graded materials. MRS
Bulletin 20 (1995) 43÷44.
[7] Sampath F., Herman H., Shimoda N., Saito T.: Thermal spray processing
of FGMs. MRS Bulletin 20 (1995) 27÷31.
[8] Swadźba L., Moskal G., Mendala B., Hetmańczyk M.: Characterization of
microstructure and properties of TBC systems with gradient of chemical
composition and porosity. Archives of Metallurgy and Materials 53 (2008)
945÷954.
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ROK XXXV
[9] Eaton H. E., Novak R. C.: Alumina-CoCrAlY material as an improved
intermediate layer for graded ceramic gas-path sealing in aeroturbine engines. Ceramic Engineering and Science Proceedings 7 (1986) 727÷736.
[10] Tiwari R., Perdikaris C., Berndt C. C., Herman H.: Oxidation of nickiel based bond coat materials. Proceedings of the 1992 Coatings for Advanced Heat Engines Workshop (Monterey, CA, Aug. 1992). U.S. Department of Energy, Washington, DC 11÷25.
[11] Miller R. A.: Assessment of fundamentals materials needs for thick thermal barrier coatings (TBC`s) for truck Diesel engines. Proceedings of the
1990 Coatings for Advanced Heat Engines Workshop (Castine, ME, Aug.
1990). U.S. Department of Energy, Washington, DC. II-7.
[12] Shinohara Y., Imai Y., Ikeno S.: Thermal stability of plasma-sprayed
Ni-Cr-Al-Y/PSZ FGM in uniform and gradient temperature fields. Proceedings of the 3rd International Symposium on Structural and Functional
Gradient Materials. Edited by B. Ilschner and N. Cherradi. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, Switzerland (1995)
255÷263.
[13] Kumakawa A., Niino M., Kiyoto S., Nagata S.: Thermal fatigue of functionally graded materials under high heat fluxes. Ceramic Transactions
34, Functionally Gradient Materials, Edited by J. B. Holt, M. Koizumi,
T. Hirai, and Z. A. Munir, American Ceramic Society, Westerville, OH,
(1993) 213÷220.
[14] Kuroda K., Kusaka K., Moro A., Togawa M.: Evaluation tests for ZrO2-Ni
system. Ceramic Transactions 34, Functionally Gradient Materials, Edited
by J. B. Holt, M. Koizumi, T. Hirai, and Z. A. Munir, American Ceramic
Society, Westerville, OH (1993) 289÷296.
[15] Clyne T. W., Gill S. C.: Residual stresses in thermal spray coatings and
their effect on interfacial adhesion: a review of recent work. Journal of
Thermal Spray Technology 5 (1996) 401÷418.
[16] Alaya M., Grathwohl G., Musil J.: A comparison of thermal cycling and
oxidation behaviour of graded and duplex ZrO2-thermal barrier coatings.
Ceramic Transactions 34, Functionally Gradient Materials, Edited by J. B.
Holt, M. Koizumi, T. Hirai, and Z. A. Munir, American Ceramic Society,
Westerville, OH (1993) 405÷412.
[17] Jian T. Y., Hashida T., Takahashi H., Shimoda N., Saito M.: An accelerated testing method of ZrO2-based FGM coating for gas turbine blades.
Ceramic Transactions 34, Functionally Gradient Materials, Edited by J . B.
Holt, M. Koizumi, T. Hirai, and Z. A. Munir, American Ceramic Society,
Westerville, OH (1993) 419÷424.
[18] Mendelson M. I., McKechnie T. N., Spiegel L. B.: Graded thermal barrier coatings-evaluation. Ceramic Engineering and Science Proceedings
15 (1994) 555÷563.
[19] Beardsley M. B.: Application of thick thermal barrier coatings to Diesel
engines. Proceedings of the 1990 Coatings for Advanced Heat Engines
Workshop (Castine, ME, Aug. 1990). U.S. Department of Energy, Washington, DC 11÷18.
[20] Liu Z.-G., Ouyang J.-H., Zhou Y., Xia X. L.: Hot corrosion behaviour of
V2O5-coated Gd2Zr2O7 ceramic in air at 700÷850°C. Journal of European
Ceramic Society 29 (2009) 2423÷2428.
[21] Zhao H. B., Begley M. R., Heuer A., Sharghi-Moshtaghin R., Wadley H. N.
G.: Reaction, transformation and delamination of samarium zirconate thermal
barrier coatings. Surfaces and Coating Technology 205 (2011) 4355÷4365.
[22] Liu Z.-G., Ouyang J.-H., Zhou Y.: Effect of gadolinia on phase structure
and thermal conductivity of ZrO2-4.5 mol % Y2O3 ceramics. Materials Letters 62 (2008) 3524÷3526.
[23] Xu Z. H., He L. M., Mu R. D., He S. M., Huang G. H., Cao X. Q.: Hot
corrosion behaviour of rare earth zirconates and yttria partially stabilized
NR 4/2014 [24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
zirconia thermal barrier coatings. Surfaces and Coating Technology 204
(2010) 3652÷366.
Liu Z.-G., Ouyang J.-H., Zhou Y., Li S.: High-temperature hot corrosion
behaviour of gadolinium zirconate by vanadium pentoxide and sodium
sulfate in air. Journal of European Ceramic Society 30 (2010) 2707÷2713.
Cao X. Q., Vassen R., Tietz F., Stöver D.: Lanthanum-cerium oxides as
a thermal barrier coating material for high-temperature applications. Advanced Materials 15 (2003) 1438÷1442.
Dai H., Zhong X. H., Li J. Y., Meng J., Cao X. Q.: Neodymium-cerium
oxide as new thermal barrier coating material. Surfaces and Coating Technology 201 (2006) 2527÷2533.
Lakiza S., Fabrichnaya O., Wang C., Zinkevich M., Aldinger F.: Phase
diagram of the ZrO2-Gd2O3-Al2O3 system. Journal of European Ceramic
Society 26 (2006) 233÷246.
Liu Z.-G., Ouyang J.-H., Zhou Y., Li J.: Effect of alumina addition on the
phase evolution and thermal conductivity of ZrO2-NdO1.5 ceramics. Journal of Alloys and Compounds 468 (2009) 350÷355.
Vassen R., Dietrich M., Lehmann H., Cao X., Pracht G., Tietz F.: Development of oxide ceramics for an application as TBC. Materialwissenschaft
Und Werkstofftechnik 32 (2001) 673÷677.
Dai H., Zhong X. H., Li J. Y., Zhang Y. F., Meng J., Cao X. Q.: Thermal
stability of double-ceramic-layer thermal barrier coatings with various
coating thickness. Materials Science and Engineering A 43 (2006) 1÷7.
Widjaja S., Limarga A. M., Yip T. H.: Modelling of residual stresses in
a plasma-sprayed zirconia/alumina functionally graded-thermal barrier
coating. Thin Solid Films 434 (2003) 216÷227.
Kuroda S., Clyne T. W.: The quenching stress in thermally sprayed coatings. Thin Solid Films 200 (1991) 49÷66.
Ranjbar-Far M., Absi J., Mariaux G., Shahidi S.: Effect of residual stresses
and prediction of possible failure mechanisms on thermal barrier coating
system by finite element method. Journal of Thermal Spray Technology
19 (2010) 1054÷1061.
Moskal G., Swadźba L., Hetmańczyk M., Witala B., Mendala B., Mendala
J., Sosnowy P.: Characterization of microstructure and thermal properties
of the TBC coatings type Nd2Zr2O7 and Nd2Zr2O7/YSZ. Journal of the European Ceramic Society 32 (2012) 2035÷2042.
Moskal G., Swadźba L., Hetmańczyk M., Witala B.: Characteristics of
phenomena in powders type RE2Zr2O7-Al2O3 in high temperature annealing conditions. Defect and Diffusion Forum 312-315 (2011) 583÷588.
Chmiela B., Sozańska M., Moskal G.: Application of EBSD method for
the investigation of microstructure and crystallographic orientation in
RE2Zr2O7 TBC. EMAS 2011: 12th European Workshop on Modern Developments in Microbeam, Analysis, IOP Conf. Series: Materials Science and
Engineering 32 (2012) 012006.
Moskal G.: Charakterystyka zjawisk mikrostrukturalnych w strefie tlenków TGO w powłokowych barierach cieplnych typu RE2Zr2O7. Inżynieria
Materiałowa 1 (2012) 18÷23.
Moskal G.: Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu
Gd2Zr2O7 w warunkach utleniania statycznego. Ochrona przed Korozją
4-5 (2011) 186÷191.
Moskal G.: Mikrostruktura i właściwości natryskiwanych plazmowo
powłokowych barier cieplnych na bazie cyrkonianu gadolinu. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice (2012).
Moskal G.: Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu
DLC 8YSZ/Gd2Zr2O7. Ochrona przed Korozją 6 (2011) 363÷365.
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
307