GOALI: Use Of Microsample Testing To Characterize and Model Bond Coat Performance and TBC Life

GOALI:使用微量样品测试来表征和模拟粘合涂层性能和 TBC 寿命

基本信息

  • 批准号:
    9986752
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2000-06-01 至 2004-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

9986752Hemker A key component of high temperature thermal barrier coatings (TBC's) is the bond coat since it provides both the thermally grown oxide layer critical to the attachment of TBC's, especially those deposited by physical vapor deposition, and the mechanical foundation upon which the coating sits. The collaboration in this GOALI grant joins the novel microsample tensile, creep and fatigue testing capabilities developed at Johns Hopkins with the expertise of aerospace engineers and scientists and the test capabilities at General Electric Aircraft Engines. The overall goal of this collaborative study is to characterize the deformation behavior of bond coat layers and relate their mechanical performance and failure processes to TBC life. The microsample testing approach adopted permits characterization of small-scale and highly scale-specific coatings and properties in a way not possible by conventional means. The use of microsamples provides a unique opportunity to measure the high temperature coefficient of thermal expansion, Young's modulus, and tensile, creep and fatigue strength of both as-deposited and thermally cycled bond coat layers. Detailed observations of the failure mechanisms and underlying microstructure will be used to assess the importance of strain accommodation, micro-cracking, void formation, elemental diffusion, grain boundary sliding, and other failure processes thought to affect TBC performance. The collaboration provides a mechanistic foundation for life prediction assessment using finite element modeling calculations in addition to generating much needed design data. The GOALI effort includes closely meshed research activities and yearly personnel exchanges, placing students and faculty in direct contact with engineers and scientists at GE-AE. Doing so broadens the education of the JHU students by providing invaluable technological and industrial experience. The benefits to GE-AE include the availability of unique experimental facilities and the ability to focus on fundamental research not otherwise undertaken in an industrial environment. The grant is jointly funded by the MPS Office of Multidisciplinary Activities and the Metals Research Program in the Division of Materials Research.%%%The performance and durability of aircraft engine turbines has become more closely linked to the capability and durability of TBC's that are placed on hot section components. TBC's are now widely used to increase durability of turbine components, but the use of TBC's to increase inlet temperatures, and thus performance, is currently inhibited by the possibility of spallation. If TBC's are to be used to increase engine performance, it is essential that these coatings be retained reliably on the metallic substrates they are designed to protect.***
9986752HEMKER高温热屏障涂层(TBC)的关键组成部分是键涂层,因为它提供了对TBC附着至关重要的热生长的氧化物层,尤其是物理蒸气沉积沉积的氧化物层,以及机械基础的基础,以及涂层的机械基础。这项Goali Grant的合作与Johns Hopkins开发的新型Microsample拉伸,蠕变和疲劳测试能力,以及航空工程师和科学家的专业知识以及通用电动飞机发动机的测试能力。这项协作研究的总体目标是表征粘结涂层层的变形行为,并将其机械性能和故障过程与TBC寿命相关联。微样本测试方法采用了允许通过常规手段不可能的方式表征小规模和高度规模的涂层和性质。微观样本的使用提供了一个独特的机会,可以测量热膨胀模量的高温系数,以及Aseposed和热循环的键合外套层的抗拉,蠕变和疲劳强度。对故障机制和基础微观结构的详细观察将用于评估应变可容纳,微裂缝,空隙形成,元素扩散,晶界滑动以及其他被认为会影响TBC性能的失败过程的重要性。该协作除了生成急需的设计数据外,还使用有限元建模计算为生活预测评估提供了机械基础。守门员的工作包括紧密联系的研究活动和年度人事交流,使学生和教职员工与GE-AE的工程师和科学家直接接触。这样做通过提供宝贵的技术和工业经验来扩大JHU学生的教育。对GE-AE的好处包括可用性的独特实验设施以及专注于在工业环境中不进行基础研究的能力。 该赠款是由国会议员多学科活动和材料研究部金属研究计划共同资助的。%% %%飞机发动机涡轮机的性能和耐用性已与在热门部分组件上放置的TBC的能力和耐用性更加紧密相关。现在,TBC被广泛用于提高涡轮组件的耐用性,但是使用TBC来增加入口温度,因此性能,目前受到剥离的可能性的抑制。如果要使用TBC来提高发动机性能,那么必须在其旨在保护的金属底物上可靠地保留这些涂层。***

项目成果

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