A study on the Microstructural Evolution of a 3D-printed Coating for High-Temperature Applications
Abstract
En flymotor må kunne generere tilstrekkelig fart for å lette og forbli i luften. Energien som kreves produseres i motorens forbrenningskammer, som ofte opererer ved høye temperaturer rundt 1700℃. Materialet som motoren og dens turbinblader er laget av tåler sjeldent mer enn rundt 1400℃ før det har nådd smeltepunktet. Løsningen for å beskytte turbinbladene er å tilføre et termisk barrierebelegg som ofte er en keramisk materiale med enestående termisk-mekaniske egenskaper. Denne oppgaven har undersøkt et additivt produsert NiCrAlY bindingsbelegg. Beleggene presentert er den opprinnelige printede strukturen og etter to ulike varmebehandlinger ved 1100℃ og 1260℃. Endringene i mikrostrukturen som følge av varmebehandlingene ble undersøkt ved hjelp av skanningselektronmikroskopi (SEM), elektron tilbake-spredningsdiffraksjon (EBSD), bølgelengde-dispergerende røntgenspektroskopi (WDX) og atomsondetomografi (APT). Resultatene viste en svak preferanse for belegget varmebehandlet ved 1100°C grunnet dets bevarte kolonneformede kornstruktur og delvis homogeniserte kornkjerne-mikrostruktur. Dette gir anisotrope egenskaper og kan bidra til å fremme veksten av ren α-Al2O3 termisk grodd oksid (TGO). The engine in an aircraft has to generate enough speed to take off and stay airborne, and the energy is produced in the engine’s combustor. The combustion process happens usually at around 1700℃, while the component material that is usually metal can only withstand around 1400℃. The solution is a thermal-barrier coating system applied on the engine turbine blades, as the ceramic coating has great thermal properties. At such high temperatures, issues with how well the coating withstands the environment emerge. In this study, additively manufactured NiCrAlY bond coats have been investigated. The coatings presented are the as-built structure and after heat-treatment at 1100℃ and 1260℃. The microstructural evolution due to the heat treatments was investigated. The coatings were characterized with scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD), wavelength dispersive x-ray spectroscopy (WDX) and atom probe tomography (APT). The results showed a slight preference for the coating heat-treated at 1100℃ due to its retained columnar grain structure and partly homogenized grain core microstructure, as this provide anisotropic properties and may contribute to facilitate the growth of pure α-Al2O3 thermally grown oxide (TGO).