Investigación de los mecanismos de corrosión a elevadas temperaturas de intermetálicos TiAl

Abstract

[EN] TiAl intermetallics are materials with excellent specific properties and corrosion resistance, so they are materials of interest in the aircraft industry. The difficulty of processing of titanium and its alloys is in the high reactivity of the material; therefore, powder metallurgy is a interesting way of manufacturing for this material. Moreover, the material for the aircraft industry has very demanding requirements as porosity, is necessary the use of advanced powder metallurgy, since in the conventional technology one of the main drawbacks is the porosity inherent in the process. In advanced technologies should be noted the hot isostatic pressing (HIP) and especially in recent years, the spark plasma sintering (SPS). This process achieves a full densification with a short interaction time, maintaining the original grain size which represents a great advantage in the sintering of these materials. However, the application of intermetallic TiAl is mainly due to its high temperature resistance and in particular its lowest oxidation within the family of titanium alloys. In this paper we study the high-temperature oxidation of TiAl intermetallic obtained by SPS. Investigating the influence of process variables, temperature and time, in the formation of the microstructure as well as in the oxidation at elevated temperatures. Thus was obtained TiAl intermetallic alloys with addition of 2 %at of chromium and 2%at of niobium which is obtained a microstructure -TiAl + 2 (Ti3Al) whose distribution is primarily dependent on process temperature. The samples have been subjected to temperatures of 900°C for 200 minutes, using a thermogravimetry equipment in which it has been possible to track the increased weight along the dwell time. These tests have allowed obtaining different oxidation rates and thus defining various stages in the growth of crystals of oxidation. Rusted surfaces have been characterized morphologically by scanning electron microscopy, with which has been obtained the chemical composition of the oxides, and atomic force microscopy has allowed obtaining the surface roughness and threedimensional image. The phases were determined by X-ray diffraction and with Raman spectroscopy it has been shown the appearance preferential of rutile (TiO2) with a certain proportion of anatase. In any samples we have determined the formation of other oxides such as Al2O3

[ES] Los intermetálicos TiAl son materiales con unas excelentes propiedades específicas y resistencia frente a la corrosión, por tanto son materiales de interés en la industria aeronáutica. La dificultad de procesado del titanio y sus aleaciones se encuentra en la elevada reactividad del material, por este motivo, es la Pulvimetalurgia una vía de fabricación interesante para este material. Por otra parte, los materiales para la industria aeronáutica tienen unos requisitos de porosidad muy exigentes, así, es necesario la utilización de tecnologías avanzadas de pulvimetalurgia, puesto que en la tecnología convencional uno de los principales inconvenientes es la porosidad inherente al proceso. Dentro de las tecnologías avanzadas cabe señalar el prensado isostático en caliente (HIP) y sobre todo, en los últimos años, el Spark Plasma Sintering (SPS). Este proceso consigue una densificación completa con un corto tiempo de interacción, por lo que se mantiene el tamaño de grano inicial lo que representa una gran ventaja en la sinterización de estos materiales. Sin embargo la aplicación de intermetálicos TiAl se debe principalmente a su elevada resistencia a la temperatura y especialmente a su menor oxidación dentro de la familia de aleaciones de titanio. En el presente trabajo se estudia la oxidación a elevadas temperaturas del intermetálico TiAl obtenido mediante SPS. Se investiga la influencia de las variables del proceso, tiempo y temperatura, tanto en la formación de su microestructura como en la oxidación a elevadas temperaturas. Por ello, se ha obtenido aleaciones intermetálicas TiAl con adición de un 2%at de cromo y un 2%at de niobio con los que se ha obtenido una microestructura -TiAl + 2 (Ti3Al) cuya distribución resulta dependiente principalmente de la temperatura del proceso. Las muestras se han sometido a temperaturas de 900ºC durante 200 minutos, utilizando un equipo de termogravimetria en el que ha sido posible realizar un seguimiento del incremento de peso a lo largo del tiempo de permanencia. Estos ensayos han permitido obtener distintas velocidades de oxidación y con ello tipificar distintas etapas en el crecimiento de los cristales de oxidación. Las superficies oxidadas se han caracterizado morfológicamente mediante microscopía electrónica de barrido, con la que además de ha podido obtener la composición química de los óxidos, y microscopía de fuerza atómica que ha permitido obtener la rugosidad en la superficie y su imagen tridimensional. Las fases se han determinado mediante difracción de rayos X y con espectroscopia Raman se ha podido constatar la aparición preferencial de rutilo (TiO2) con una cierta proporción de anatasa. En ninguna de las muestras se ha podido determinar la formación de otros óxidos tales como Al2O3.

[CA] Els intermetàl•lics TiAl són materials amb unes excel•lents propietats específiques i resistència enfront de la corrosió, per tant són materials d'interès en l’indústria aeronàutica. La dificultat de processament del titani i els seus aliatges es troba en l'elevada reactivitat del material, per aquest motiu, és la pulverimetal•lúrgia una via de fabricació interessant per a aquest material. D'altra banda, els materials per a la indústria aeronàutica tenen uns requisits de porositat molt exigents, així, és necessari la utilització de tecnologies avançades de pulvimetal•lúrgia, ja que en la tecnologia convencional un dels principals inconvenients és la porositat inherent al procés. Dins de les tecnologies avançades cal destacar el premsat isostàtic en calent (HIP) i sobretot, en els últims anys, el Spark Plasma Sintering (SPS). Aquest procés aconsegueix una densificació completa amb un curt temps d'interacció, per la qual manté la mida de gra inicial cosa que representa un gran avantatge en la sinterització d'aquests materials. No obstant això l'aplicació de intermetàl•lic TiAl es deu principalment a la seva elevada resistència a la temperatura i especialment a la seua menor oxidació dins de la família d'aliatges de titani. En el present treball s'estudia l'oxidació a elevades temperatures de l'intermetál•lic TiAl obtingut mitjançant SPS. S'investiga l’influència de les variables del procés, temps i temperatura, tant en la formació de la seua microestructura com en l'oxidació a elevades temperatures. Per això, s'ha obtingut aliatges intermetàl•lics TiAl amb addició d'un 2% at de crom i un 2% at de niobi amb els què s'ha obtingut una microestructura gamma-tial + alfa2 (Ti3Al) la distribució de les quals resulta depenent principalment de la temperatura del procés. Les mostres s'han sotmès a temperatures de 900ºC durant 200 minuts, utilitzant un equip de termogravimetria en el què ha estat possible fer un seguiment de l'increment de pes al llarg del temps de permanència. Aquests assajos han permès obtindre diferents velocitats d'oxidació i amb això tipificar diferents etapes en el creixement dels cristalls d'oxidació. Les superfícies oxidades s'han caracteritzat morfològicament mitjançant microscòpia electrònica de rastreig, amb la qual a més de s'ha pogut obtenir la composició química dels òxids, i microscòpia de força atòmica que ha permès obtindre la rugositat a la superfície i la seva imatge tridimensional. Les fases s'han determinat mitjançant difracció de raigs X i amb espectroscopia Raman s'ha pogut constatar l'aparició preferencial de rutil (TiO2) amb una certa proporció d'anatasa. En cap de les mostres s'ha pogut determinar la formació d'altres òxids com ara Al2O3.