Failure mechanisms for Gd2O3–Yb2O3 co-doped YSZ thermal barrier coatings under high-temperature gradient

材料科学 热障涂层 涂层 复合材料 散裂 烧结 等轴晶 氧化钇稳定氧化锆 微观结构 分层(地质) 相(物质) 陶瓷 立方氧化锆 物理 古生物学 中子 生物 构造学 有机化学 化学 量子力学 俯冲
作者
Jiabin Fan,Quansheng Wang,Xianjin Ning,Li Li,Zhenning Sun
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (16): 28563-28572 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.05.166
摘要

In this study, Gd2O3–Yb2O3 co-doped YSZ thermal barrier coatings with a top coat thickness of 400 μm were prepared on a nickel-based superalloy by atmospheric plasma spraying. The samples underwent multiple short-term and single long-term thermal exposures through burner rig tests under high-temperature gradients. The short-term thermal exposure duration of the coating was 25 s and the long-term thermal exposure duration was 1200 s. The microstructures and phase compositions of the samples were characterized, and their failure mechanism was discussed. The results demonstrate that during the burner rig tests, the coating surface temperature reached 2600K, resulting in coating sintering and sintered zone formation comprising coarse equiaxed grains. The short-term thermal exposure life of the coating is 3 cycles, and the long-term life is more than 1200s. After the single 1200s thermal exposure, the coating exhibited a stable cubic phase. However, under multiple 25s thermal exposures, the depth of the sintered zone increased with increasing number of cycles, leading to the formation of various vertical and transverse cracks within the coating. Coating failure was due to a combination of sintering and thermal-mismatch-induced stress.The early-stage coating delamination was attributed to sintering-induced transverse cracks, while the overall spallation was primarily ascribed to thermal-mismatch-induced transverse cracks.

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