Implementation of an active thermography inspection methodology for the early detection of delamination damage in APS-sprayed YSZ thermal barrier coatings subjected to thermal fatigue

Abstract

The purpose of this study is to investigate and implement active infrared thermography as a non-destructive method for the early detection of delaminating thermal barrier coatings. To accomplish this, thermal barrier coatings were fabricated using atmospheric plasma spraying as the deposition method. A nickel-based superalloy, Inconel 625, was used as the substrate, followed by an MCrAlY bond coat and a YSZ ceramic top coat, resulting in thicknesses of approximately 217 $\mu$m and a porosity of 9-10\%.

Thermal shock tests were then performed as a method of inducing delamination. These tests were conducted at a temperature of 1050°C with a holding time of 4 minutes, followed by quenching in water at room temperature. The number of cycles ranged from 0 to 260, and the samples were examined by thermography as well as by conventional methods (LOM, SEM, and XRD).

The TC was found to be more prone to delamination under the proposed experimental conditions, however, failure surfaces were also detected at the BC/TGO and TGO/TC interface. TGO formation occurred from early to post-failure stages.

For infrared thermography, a dedicated setup was designed and algorithms were applied to analyze the acquired data, improving the ability to detect failures at an early stage. The results showed that the technique is capable of detecting defects before they become visible by visual inspection and that the results obtained are consistent with those obtained by conventional methods. (Tomado de la fuente)

En el presente trabajo se busca estudiar e implementar la técnica de termografía activa infrarroja como método no destructivo para detectar de forma temprana los recubrimientos de barrera térmica que se delaminan. Para ello, se fabricaron recubrimientos de barrera térmica mediante aspersión de plasma atmosférico como método de proyección. Se usó una superaleación de base níquel Inconel 625 como sustrato, seguido de una capa de anclaje de MCrAlY y una capa cerámica de YSZ, obteniendo espesores de alrededor de 217 $\mu$m y una porosidad de 9-10\%.

Posteriormente, como método de inducción de delaminaciones, se llevaron a cabo ensayos de choque térmico a una temperatura de 1050 °C, con un tiempo de sostenimiento de 4 minutos y posterior temple en agua a temperatura ambiente. El número de ciclos varió desde 0 hasta 260, y las muestras se inspeccionaron por termografía y por métodos convencionales (LOM, SEM y DRX).

Se encontró que la TC es más propensa a la delaminación para las condiciones experimentales propuestas, sin embargo, también se detectaron superficies de falla en la interfaz BC/TGO y TGO/TC. La formación de TGO ocurrió desde etapas iniciales, hasta etapas posteriores a la falla.

Para la termografía infrarroja, se elaboró un montaje y se usaron algoritmos para el análisis de los datos adquiridos, lo que mejoró la capacidad de detección de las fallas en etapas tempranas. Los resultados mostraron que la técnica es capaz de detectar fallas cuando aún no son visibles mediante inspección visual y que los resultados obtenidos son congruentes con los obtenidos por métodos convencionales.