Degradación de recubrimientos ZrO₂-CaO/NiAlMo por oxidación isoterma

Abstract

En este trabajo se estudia la degradación de un recubrimiento 70%ZrO 2 -30%CaO crecido por proyección térmica de oxiacetileno sobre un acero inoxidable austenítico AISI 304 y empleando una aleación de Ni-6%Al-5%Mo como capa de anclaje. Los recubrimientos se trataron térmicamente en aire a 800 ºC durante 48, 120 y 288 horas para evaluar la degradación de estos materiales por oxidación isotérmica. La evolución de la microestructura de las barreras como consecuencia del proceso de oxidación se analizó mediante microscopía electrónica de barrido ambiental, microscopía electrónica de transmisión, microanálisis de rayos X (EDX) y difracción de rayos X. Durante la oxidación de los recubrimientos creció una capa intermedia de óxidos ("thermally grown oxides", TGO) entre el anclaje metálico y el recubrimiento cerámico formada por una mezcla de óxidos de Al y Ni. Degradation of thermal barrier coatings ZrO 2 -CaO/NiAlMo by isothermal oxidation.This paper analyses the degradation of a ceramic top coating 70%ZrO 2 -30%CaO deposited onto a stainless steel AISI 304 by thermal spray, using Ni-6%Al-5%Mo as overlay coating. These thermal barrier coatings were heat treated for 48, 120 and 288 h at 800 ºC to evaluate the degradation of these materials by isothermal oxidation. The microstructure evolution during oxidation was analysed by environmental scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X ray microanalysis and X ray diffraction. A thermally grown oxide layer was observed between the overlay coating and the ceramic top coating after oxidation. This layer was formed by a mixed Al and Ni oxides Keywords: thermal barrier coatings, thermal spray, oxidation, heat treatment, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X ray diffraction. INTRODUCCIóNDesde la década de 1970 se estudian los recubrimientos de barreras térmicas ("thermal barrier coatings", TBC) para proteger estructuras metálicas en aplicaciones a alta temperatura. Estos recubrimientos deben ser capaces de operar a temperaturas elevadas, en ambientes químicos agresivos y resistir el desgaste. Equilibrando estos tres parámetros se aumenta la vida útil de muchos componentes de motores aeronáuticos y de plantas para la producción de energía eléctrica. Además con estos recubrimientos se aumenta la temperatura de trabajo y por consiguiente la eficiencia energética (1-6).Los recubrimientos con aplicaciones en barreras térmicas suelen ser recubrimientos multicapa. Sobre el substrato se deposita un anclaje metálico y después una capa cerámica. Para la capa cerámica se suele utilizar ZrO 2 estabilizada debido a su reducida conductividad térmica (0,8-1,5 W/m·K) (7). Se utiliza una capa intermedia por el desacoplo entre los coeficientes de dilatación térmica (CTE) de la cerámica y el substrato metálico. El CTE de la ZrO 2 (10·10 -6 ºC -1 ) es alto en comparación con otras cerámicas, pero pequeño en comparación con los metales (18·10 -6 ºC -1 y 13,3·10 -6 ºC -1 para AISI 304 y níquel, respectivamente). Esta diferencia podría provocar la apa...

Modificación superficial con láser de diodo de alta energía (HPDL) de barreras térmicas de CaZrO₃ depositadas por proyección térmica

“…Las microestructuras de los recubrimientos proyectados sin tratar presentan una estructura laminar, con poros, microgrietas y gotas sin fundir, característica de la falta de compactación. Se observa como la fusión y posterior resolidificación de la zona más externa de la capa cerámica, básicamente formada por circonato cálcico (CaZrO 3 ) (16,17), que tiene lugar durante el tratamiento láser, produce una gran densificación en el material. También pueden verse una serie de grietas verticales junto a la presencia de cierta porosidad cerrada (Figura 3b).…”

Microestructura y propiedades mecánicas por microindentación y nanoindentación de un recubrimiento de circona estabilizada con itria (4,5% en mol) elaborado por plasma atmosférico a partir de suspensiones

“…La circona estabilizada con itria, conocida con sus siglas en inglés YSZ (Yttria-Stabilizated Zirconia) ha sido utilizada por décadas en sistemas de recubrimientos (multicapas) usados como barrera térmica [1][2] y una de sus aplicaciones más importantes a nivel industrial es ayudar a disminuir la temperatura de trabajo en alabes de las turbinas a gas [3][4][5][6][7][8]. Generalmente, el sistema de multicapas está compuesto de un recubrimiento cerámico de YSZ ("top coat") seguido de capa de anclaje o "bond coat", los que se aplican sobre una superaleación de níquel que generalmente corresponde a un Hastelloy, CMSX o Inconel 600, 601, 625, 718, entre las más utilizadas en los alabes de turbinas [9].…”

“…La técnica de proyección térmica es un proceso para elaborar recubrimientos, donde la materia prima en forma de polvo o alambre es alimentado a una fuente de calor (antorcha o pistola) y luego el material en estado fundido o semifundido es proyectado a una alta velocidad para finalmente golpear el sustrato [4][5][6]11]. Las partículas fundidas o semifundidas se van apilando sobre el sustrato para formar el recubrimiento.…”

Caracterización y preparación de ceniza volante para su uso como recubrimientos cerámicos sobre substratos metálicos

“…Su bajo costo, su peso ligero y su baja conductividad térmica, las hacen apropiadas para aplicaciones como bloques aislantes y como recubrimientos para protección térmica de substratos (6). Existen diferentes procesos para obtener recubrimientos sobre substratos metálicos (10,11). La deposición electroforética (EPD) es una buena opción debido a su bajo costo de inversión, a su velocidad de deposición rápida, a la uniformidad de los recubrimientos y a la facilidad de obtención de recubrimientos de sustratos de forma compleja (12).…”