The engine parts material used in gas turbines (GTs) should be resistant to high-temperature variations. Thermal barrier coatings (TBCs) for gas turbine blades are found to have a significant effect on prolonging the life cycle of turbine blades by providing additional heat resistance. This work is to study the performance of TBCs on the high-temperature environment of the turbine blades. It is understood that this coating will increase the lifecycles of blade parts and decrease maintainence and repair costs. Experiments were performed on the gas turbine blade to see the effect of TBCs in different combinations of materials through the air plasma method. Three-layered coatings using materials INCONEL 718 as base coating, NiCoCrAIY as middle coating, and La2Ce2O7 as the top coating was applied. Finite element analysis was performed using a two-dimensional method to optimize the suitable formulation of coatings on the blade. Temperature distributions for different combinations of coatings layers with different materials and thickness were studied. Additionally, three-dimensional thermal stress analysis was performed on the blade with a commercial code. Results on the effect of TBCs shows a significant improvement in thermal resistance compared to the uncoated gas turbine blade.
High temperature oxidation behavior of thermal barrier coating (TBC) system (IN738 substrate + NiCoCrAlY or NiAl bond coat with or without Pt + yttria stabilized zirconia) prepared by air plasma spray (APS) process has been studied in order to understand the effect of Pt addition to bond coat on the stability of TBC system. Specimens were oxidized in thermal cycling and isothermal oxidation test at $1100^{\circ}C$. The Pt addition in TBC system with NiCoCrAlY bond coat showed a longer life time compared to that without addition of Pt. Pt addition to TBC system is believed to help the formation of more stable thermally grown oxide, $Al_2O_3$, at the TBC/bond coat interface, leading to a longer lifetime of TBC system.
Conjugate heat analysis on a high pressure turbine stage including secondary flow paths has been carried out. The secondary flow paths were designed to be located in front of the nozzle and between the nozzle and rotor domains. Thermal boundary conditions such as empirical based temperature or heat transfer coefficient were specified at nozzle and rotor solid domains. To create heat transfer interface between the nozzle solid domain and the rotor fluid domain, frozen rotor with automatic pitch control was used assuming that there is little temperature variation along the circumferential direction at the nozzle solid and rotor fluid domain interface. The simulation results showed that secondary flow injected from the secondary flow path not only prevents main flow from penetrating into the secondary flow path, but also effectively cools down the nozzle and rotor surfaces. Also thermal barrier coating with different thickness was numerically implemented on the nozzle surface. The thermal barrier coating further reduces temperature gradient over the entire nozzle surface as well as the overall temperature level.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.5
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pp.450-457
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2009
Periodical thermal shock can introduce defects in thermal barrier coating made by layers of CoNiCrAlY bond coating(BC) and $ZrO_2-8wt%Y_2O_3$ ceramic top coating(TC) on Inconel-738 substrate using plasma spraying. Thermal shock test is performed by severe condition that is to heat until $1000^{\circ}C$ and cool until $20^{\circ}C$. As the number of cycle is increased, the fatigue by thermal shock is also increased. After test, the micro-structures and mechanical characteristics of thermal barrier coating were investigated by SEM, XRD. The TGO layer of $Al_2O_3$ is formed between BC and TC by periodical thermal shock test, and its change in thickness is inspected by eddy current test(ECT). By ECT test, it is shown that TGO and micro-crack can be detected and it is possible to predict the life of thermal barrier coating.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.237.2-237.2
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2016
A pure hafnium-carbide (HfC) coating layer was deposited onto carbon/carbon (C.C) composites using a vacuum plasma spray system. By adopting a SiC buffer layer, we successfully integrated C.C composites with a $100-{\mu}m-thick$ protective coating layer of HfC. Compared to the conventional chemical vapor deposition process, the HfC coating process by VPS showed increased growth rate, thickness, and hardness. The growth behavior and morphology of HfC coatings were investigated by FE-SEM, EDX, and XRD. From these results, it was shown that the addition of a SiC intermediate layer provided optimal surface conditions during the VPS procedure to enhance adhesion between C.C and HfC (without delamination). The thermal ablation test results shows that the HfC coating layer perfectly protected inner C.C layer from thermal ablation and oxidation. Consequently, we expect that this ultra-high temperature ceramic coating method, and the subsequent microstructure that it creates, can be widely applied to improve the thermal shock and oxidation resistance of materials under ultra-high temperature environments.
The effect of vacuum heat treatment in the thermal sprayed ceramics coating on a capstan by either high velocity oxygen fuel(HVOF) or plasma thermal spray process was investigated. The coating materials applied on the capstan were tungsten and chrome carbides. In order to characterize the interface between coating layer and bare materials, hardness, adhesion strength, X-ray diffraction(XRD) and microstructural analysis are conducted. The adhesion strength of the carbide coated materials by HVOF process is over 500MPa compared to those of plasma coating process is 230MPa. In case of the carbide coated materials by HVOF process, the adhesion strength is increased to 15MPa and the porosity is reduced under 5% by vacuum heat treatment for 5 hrs at $1000^{\circ}C$. The XRD results reveal that the increasement is believed due to the phase stabilization of metastable $Cr_3C_2$ phase to stable $Cr_{23}C_6$ phase.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.13
no.6
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pp.1-7
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2014
Gas turbines for generation are operated under high temperatures, high pressures and in corrosive environments for long periods of time. This environment causes serious damage to these parts. Therefore, the material, coating, and cooling technology used with a gas turbine are important factors with regard to turbine blade development. One method that can be used to protect a product from harsh conditions is the coating technology. A turbine blade undergoes very aggressive thermal stress and experiences high-temperature fatigue. In order to reduce the surface temperature of the components and protect the blade from high-temperature flames, a thermal barrier coating (TBC) is applied to its substrate. This study confirms the applicability of an inspection system for the turbine blade coating layer using an artificial heat source.
Jeon, Junhyub;Seo, Namhyuk;Lee, Jong Jae;Son, Seung Bae;Lee, Seok-Jae
Journal of Powder Materials
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v.28
no.6
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pp.478-482
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2021
The effect of the process conditions of high-velocity oxygen fuel (HVOF) thermal spray coating on the porosity of the coating layer is investigated. HVOF coating layers are formed by depositing amorphous FeMoCrBC powder. Oxygen pressure varies from 126 to 146 psi and kerosene pressure from 110 to 130 psi. The Microstructural analysis confirms its porosity. Data analysis is performed using experimental data. The oxygen pressure-kerosene pressure ratio is found to be a key contributor to the porosity. An empirical model is proposed using linear regression analysis. The proposed model is then validated using additional test data. We confirm that the oxygen pressure-kerosene pressure ratio exponentially increases porosity. We present a porosity prediction model relationship for the oxygen pressure-kerosene pressure ratio.
Commercial nano crystalline $TiO_2$ powders were used to characterize photocatalyst, using thermal spray coating technique. The microstructure of coating layers were examined by SEM, FE-SEM and TEM. Also the cross sectional areas of TiO$_2$ coating layers were observed by SEM. The phases were analyzed by X-ray diffraction methed. Surface roughness and hardness were measured. It was found that phase transformation from anatase to rutile occurred, and the melted splats are all rutile, and unmeted nano particles were anatase. These unmelted anatase phase may enhance te play a role of photocatalyst.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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