Hot corrosion resistance of dense Ceria-Yttria Stabilized Zirconia/Yttria stabilized Zirconia Bilayer coatings deposited by atmospheric plasma spray

Abstract

Hot Corrosion Resistance of Dense Ceria-Yttria Stabilized Zirconia/Yttria Stabilized Zirconia Bilayer Coatings Deposited by Atmospheric Plasma Spray.

In this work, the hot corrosion (HC) resistance in thermal barrier coatings (TBC) of dense Ceria-Yttria Stabilized Zirconia (D-CYSZ)/ Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) deposited using atmospheric plasma spray technique on Inconel 625 substrates was evaluated, varying the layer thickness of CYSZ (0, 50, 100 and 150 um) maintaining a total coating system thickness of 300 um. Initially, HC tests were carried out on 7YSZ commercial powders (Metco 204 NS-G) in order to find proper conditions for HC on the deposited coatings. It was found that the mixture of 32 wt.% Na2SO4 + 68 wt.% V2O5, 1 wt.% salt concentration and 900°C are the most aggressive conditions for HC of YSZ. Microstructural characterization of the bilayer systems D-CYSZ/YSZ was carried out. D-CYSZ layer presented a DVC type microstructure (Dense Vertically Cracked) with a crack density of 4.32, 3.87 and 3.19 cracks/mm for the layer thicknesses of 50, 100 and 150 um respectively. YSZ layers presented a porosity of 16% with large, medium and small globular porosity, as well as inter- and intra-splat cracks. Thermal shock resistance test of the bilayer systems was carried out, showing delamination of the D-CYSZ layer after 359 cycles. However, all the bilayer systems tested exceeded the 600 cycles without presenting delamination of the system at the BC/TC interface above 20%, preserving the thermal protection of the substrate after these cycles. Finally, HC test showed that although the dense layers presented vertical cracks, they gave the projection against molten salt attack, since the YSZ system (without D-CYSZ) presented severe changes in its microstructure under the HC test parameters found in the work (HCstandard). In addition, under most aggressive conditions (varying concentration and cycles) D-CYSZ layer acted as a barrier and protect the subsequent layers, since YSZ system showed delamination and higher cohesive weakness than the systems with D-CYSZ layer.

Resistencia a la Corrosión en Caliente de Recubrimientos de Circonia estabilizada con Itria y Ceria densa/Circonia estabilizada con Itria Depositados por Aspersión Térmica por Plasma Atmosférico.

En este trabajo, se evaluó la resistencia a la corrosión en caliente (HC) en recubrimientos barrera térmica (TBC) de circonia estabilizada con ceria e itria densa (D-CYSZ)/circonia estabilizada con itria (YSZ) depositadas con la técnica de aspersión térmica por plasma atmosférico (APS) sobre sustratos de Inconel 625, variando el espesor de capa de D-CYSZ (0, 50, 100 y 150 um) manteniendo un espesor total del sistema de 300 um. Inicialmente, se realizó pruebas HC en polvos comerciales de 7YSZ (Metco 204 NS-G) con el fin de hallar las condiciones para las pruebas en los recubrimientos. Se encontró que la mezcla 0.32 wt.% Na2SO4 + 0.68 wt.% V2O5, 1 wt.% de concentración de sal y 900°C son las condiciones más agresivas para pruebas HC en YSZ. Se realizó la caracterización microestructural de los sistemas bicapa D-CYSZ/YSZ. La capa de D-CYSZ presentó una microestructura tipo DVC (Dense Vertically Cracked) con densidad de grietas de 4.32, 3.87 y 3.19 grietas/mm para las capas de 50, 100 y 150 um respectivamente. Las capas de YSZ presentaron la microestructura típica de un sistema TBC, con una porosidad del 16% con poros globulares de gran, mediano y pequeño tamaño, así como grietas inter e intra splat. Se evaluó la resistencia termo-mecánica de los sistemas bicapa, donde presentaron desprendimiento de la capa de D-CYSZ a partir del ciclo 359. Sin embargo, todos los sistemas TBC evaluados superaron los 600 ciclos sin presentar delaminación del recubrimiento en la intercara BC/TC por encima del 20%, preservando la protección del sustrato después de esos ciclos. Finalmente, las pruebas HC mostraton que aunque las capas densas presentaron grietas verticales, estas dieron protección ante el ataque por sales, ya que el sistema YSZ presentó cambios severos en su microestructura bajo las condiciones HC halladas en el trabajo (HC-standard). Además, en condiciones más agresivas (variando la concentración y en ciclos) el sistema YSZ presentó delaminación y mayor debilidad cohesiva que los sistemas con capa D-CYSZ.