Estudio de nuevas barreras térmicas cerámicas obtenidas mediante la técnica de proyección térmica por plasma atmosférico (APS)

Abstract

[EN] Study of the performance of materials that constitute a TBC system, consisting of a ceramic coating Top Coat, Yttria(7-8 wt% Y2O3)-stabilized zirconia (ZrO2), micro and nanometric bond coat (NiCrAlY and NiCoCrAlY) and the generation of the intermediate layer of Al2O3. Relating the response of the mechanical properties of the TBC, to thermal fatigue.

[ES] Estudio del comportamiento de los materiales que se compone un sistema TBC, formado por un recubrimiento cerámico Top Coat, de circona (ZrO2) estabilizada con itria (7-8 wt% Y2O3) de tamaño micro y nanométrico, las capas de anclaje (NiCrAlY y NiCoCrAlY) y la generación de la capa intermedia de Al2O3. Relacionando la respuesta de las propiedades mecánicas de las TBC, ante la fatiga térmica.

[CA] El desenrotllament de nous materials ceràmics per a la seua aplicació en recobriments protectors enfront de la temperatura, també coneguts com a barreres tèrmiques (TBC, Thermal Barrier Coatings), és un tema de gran interès des del punt de vista econòmic i mediambiental per a molts sectors industrials i de consum, entre els que destaquen la producció d'energia, les indústries aeronàutica i automobilística, etc. En general, estos recobriments són sistemes complexos formats per diverses capes, cada una d'elles amb una funció específica, buscant obtindre excel•lents propietats aïllants en un mitjà agressiu (protecció enfront de la temperatura, la corrosió, o al desgast). Un sistema TBC està format per un recobriment ceràmic TC (Top Coat), generalment de zircònia (ZrO2) estabilitzada amb ítria (7-8 wt% Y2O3), el qual servix d'aïllament a les altres capes. Este recobriment és depositat sobre una capa d'ancoratge coneguda com BC (Bond Coat), la qual, al seu torn, és depositada sobre un substrat. La capa d'ancoratge proporciona adherència entre el recobriment ceràmic i el substrat i, a més, actua com una font d'alumini per a la formació d'una capa intermèdia de a-Al2O3, cridà TGO (Thermally Growth Oxide). En este treball s'ha realitzat un estudi del comportament dels materials que constituïxen una TBC. S'han seleccionat dos tipus d'ancoratge diferents: NiCrAlY i NiCoCrAlY, i dos recobriments de zircònia estabilitzada amb ítria (micro i nanométrica), com a substrat s'ha empleat un aliatge base titani. Les pols de zircònia es van depositar per mitjà de la tècnica de projecció tèrmica per plasma atmosfèric (APS, Atmospheric Plasma Esprai). Esta tècnica és relativament econòmica i molt utilitzada en diferents sectors industrials. Una vegada obtingudes les TBC, es van sotmetre a assajos de fatiga tèrmica i es van caracteritzar microestructuralmente, també, es van realitzar estudis morfològics i composicionals, emprant les tècniques de microscòpia òptica i electrònica, complementada amb microanàlisi per energia dispersiva de rayos-X. S’ha avaluat l'efecte de la difusió dels elements en la modificació de la capa d'ancoratge; com l'oxigen i l'alumini, els quals són la base per a determinar la generació de l'òxid crescut tèrmicament (TGO). L'estudi de la composició química de la capa d'ancoratge va mostrar variacions amb els diferents cicles tèrmics. D'altra banda, es va realitzar una valoració del comportament mecànic, duresa i tenacitat a la fractura, de les barreres tèrmiques. Es va observar un millor comportament per part de les mostres amb l'ancoratge de tipus NiCoCrAlY i recobriment de zircònia parcialment estabilitzada amb ítria de grandària de gra nanomètric.