Combustion Flame Spray of CoNiCrAlY & YSZ coatings

Abstract

The properties of CoNiCrAlY and ∼7-8%YSZ layers, used as thermal barrier coatings (TBC) to protect hot gas paths of power generation and aerospace gas turbines, that have been deposited through the Combustion Flame Spray (CFS) process, are assessed and compared to coatings of the same materials deposited through Atmospheric Plasma Spray (APS). Fuel-to-oxygen equivalence ratio, combustion and carrier gases flows, torch standoff distance and powder feed rate values have been varied during the CFS tests in order to assess their effect on microstructural characteristics, i.e. thickness, total porosity, oxide level and microhardness. Results show that, in CFS-deposited coatings, although a higher content of oxide strings and porosity is observed compared to APS, also comparable phase transformations and a higher thermal cyclic lifetime can be achieved with an appropriate tuning of the deposition parameters. Thus, the study demonstrates the excellent capability of the CFS process in depositing thermal barrier coating systems, providing a viable alternative deposition technology for this class of materials at significant hardware simplicity. As the CFS setup has a simple design, this research stimulates a miniaturization concept of the combustion flame spray torch for allowing its deployment into highly restricted workspaces.

Desarrollo de recubrimientos a partir de silicato de zirconio de origen mineral mediante proyección térmica por llama oxiacetilénica para aplicación sobre ladrillos refractarios

“…4, lo que es coherente con los resultados de la simulación realizada. Por otra parte, el recubrimiento M2, elaborado con la fracción de polvo cuyo rango de tamaño varía entre 35 y 2,5 m, posee una estructura que está compuesta por partículas parcialmente fundidas y se aprecia formación de algunas «lemelles», logrando un mejor apilamiento que el del recubrimiento M1, sin embargo, su porosidad del 30,5±3,2 % en área (ver Tabla 4) es más alta que la reportada en la literatura para distintos tipos de recubrimientos de circona depositados por proyección térmica por llama oxiacetilénica, la cual se encuentra entre el 13 y el 23 % [19]. Esto es debido a que, a una distancia de proyección de 10 cm, el grado de fusión que alcanzan algunas de las partículas en la llama superoxidante, aún es insuficiente.…”

“…Para la muestra M1 no fue posible llevar a cabo la medida, dado el bajo grado de sinterización de las partículas y la alta porosidad de los recubrimientos, lo que produce huellas de indentación que no son acordes a las establecidas como aceptables en la norma ASTM C1327-15 [15]. El valor de la dureza obtenido para la muestra M2 (3,06 GPa) es inferior al reportado en la literatura para recubrimientos de circona elaborados mediante proyección térmica por plasma que es aproximadamente 5,4 GPa [24], pero muy cercano al reportado para recubrimientos elaborados mediante llama oxiacetilénica de 3,43 GPa [19], los cuales fueron fabricados a partir de polvos comerciales cuyo tratamiento físico y químico es superior al proporcionado al mineral de silicato de zirconio utilizado como materia prima para elaborar las muestras de este trabajo.…”

Combustion flame spray of 7YSZ powders followed by corrosion in molten salts of the coating

“…In regard to the combustion flame spray (CFS) technique has been proposed, due to the simple hardware configuration related to repair some components that they cannot be transported [14][15][16][17]. Besides the 7YSZ coatings are susceptible to corrosion at high working temperatures caused by molten salts, such as Na, S and V, contained in low-quality fuels [18][19][20][21].…”

“…Thus, two main ways have been involved to search alternative coating materials other than the stabilizers to Y 2 O 3 for ZrO 2 -based systems notably type rare-earth zirconate ceramics [22][23][24][25][26], or/and alternative techniques of ZrO 2 -based systems processing. To best knowledge, few studies have been reported on the hot corrosion of YSZ coating manufactured by CFS [15,16]. Since the coatings manufactured by CFS are associated to a low temperature of processing, the resultant microstructure can promote minors changes in their initial properties, including hot corrosion resistance [9,[14][15][16].…”

“…To best knowledge, few studies have been reported on the hot corrosion of YSZ coating manufactured by CFS [15,16]. Since the coatings manufactured by CFS are associated to a low temperature of processing, the resultant microstructure can promote minors changes in their initial properties, including hot corrosion resistance [9,[14][15][16]. Moreover, some studies have shown that to have fine YSZ microstructure could increase the resistance to the corrosion in molten salts [7][8][9]21].…”