Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4056
Wenn bis zu einer Versuchsdauer von 5000h im Temperaturbereich zwischen 900°C und
950°C Versagen auftrat, war dies auf die Bildung eines spröden Chromcarbidsaums in der
Interdiffusionszone zwischen Grundwerkstoff und MCrAlY-Haftvermittlerschicht zurück zu
führen. Dabei können zwei Fälle unterschieden werden. Bei einer geringen Aktivität von
Chrom in der MCrAlY kann der Kohlenstoff aus dem Grundwerkstoff in die Schicht
eindiffundieren und dort zu lokaler Bildung von Chromcarbid führen, die jedoch keine
Auswirkung auf die Haftung der Schicht ausüben. Ist die Aktivität von Chrom in der
Haftvermittlerschicht hingegen hoch, kommt es zur Bildung eines geschlossenen
Chromcarbidsaums und bedingt durch das Zyklieren zur Rißbildung. Es konnte gezeigt
werden, daß speziell die Elemente Rhenium und Aluminium zu einer signifikanten Steigerung
der Chromaktivität beitragen.
Wenn es im Temperaturbereich von l000°C bis 1050°C zum Abplatzen der WDS kam, war
dies mit der Oxidation der Haftvermittlerschicht korreliert, wobei eine reine, fehlerfreie (α-
Al2O3 Oxidschicht nicht unbedingt zu gesteigerten Laufzeiten beitragen muß. Da Risse an
Fehlstellen ihren Ursprung haben, erfolgt die Rißausbreitung bei Komponenten mit einer
reinen Oxidschicht und einer glatten MCrAlY-Oberfläche entlang der Grenze zwischen HVS
und Oxidschicht. Hingegen wird ein Riß bei einer rauhen MCrA1Y-Oberfläche entlang der
Grenze zwischen Oxid und WDS initiiert. In einer defektbehafteten Oxidschicht bilden sich
hingegen Risse innerhalb des Oxids aus, die an Defekten (Poren, Spinelle) gestoppt werden
können. Eine optimale Haftvermittlerschicht scheint somit eine MCrAlY-Schicht zu sein, die
eine existierende optimale Rauhigkeit einstellt und eine defektbehaftete Oxidschicht mit
geringer Wachstumsrate ausbildet.
If failure appeared until an testing duration of 5000h in the temperature range between 900°C
and 950°C, it was driven by the formation of a brittle chromium-carbide layer in the
interdiffusion zone between the substrate and the MCrAlY bond coating. It can be
distinguished between two cases. At a low activity of chrome in the MCrAIY, the carbon
frofi the substrate can diffuse into the bond coating and leads there to local precipitations of
chromium-carbide, that doesn't exert, however, any effect on the bonding of the MCrAlY. If
the activity of chrome in the bond coating is however high, the formation of a closed
chromium-carbide layer caused cracks and subsequent spallation during temperature changes.
It could be shown that specifically the elements rhenium and aluminum contribute to a
significant increase of the chrome activity.
If spallation of the TBC occurred in the temperature range between 1000°C to 1050°C, it was
correlated with the oxidation of the bond coating. A flawless α-Al2O3 oxide layer doesn't
necessarily need to contribute to increased lifetimes. Since cracks have their origin generally
at defects, the crack propagation takes place along the border between the bond coating and
the oxide layer for components with a pure oxide layer and a smooth MCrAlY-surface.
Considering a rough bond coating surface, a crack will be initiated along the border between
oxide and TBC. In a defect containing oxide layer, however, cracks that develop within the
oxide can be stopped at flaws. Consequently, an optimal bond coating seems to be one that
develops an existing optimal surface roughness and trains a defect containing oxide layer
with a slow growth rate.
Anton, Reiner; Quadakkers, Wilhelm Joseph
Untersuchungen zu den Versagensmechanismen von Wärmedämmschicht-Systemen im Temperaturbereich von 900°C bis 1050°C bei zyklischer Temperaturbelastung
V, 186 S., 2003
In der vorliegenden Arbeit werden die Versagensmechanismen von WDS-beschichteten
Systemen bei zyklischer Temperaturbelastung ohne zusätzliche mechanische Einwirkungen
im Temperaturbereich zwischen 900°C und 1050°C untersucht.
The present work examines the failure mechanisfis of TBC-coated systems during cyclic
temperature exposure without additional mechanical load in the temperature range between
900°C and 1050°C.
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