Influencia de los parámetros de proyección por plasma atmosférico en recubrimientos de YSZ obtenidos a partir de polvos micro y nanoestructurados

Abstract

INTRODUCCIÓNLos recubrimientos de barrera térmica (thermal barrier coatings o TBC) tienen la finalidad de proteger sustratos metálicos de las altas temperaturas formándose un gradiente de temperatura tal que el sustrato permanezca a una temperatura menor que su temperatura de servicio. El material convencional del que está constituida la capa cerámica de las barreras térmicas es la circona estabilizada con itria (YSZ) debido a su baja conductividad térmica y buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas (1).Una de las técnicas más comunes para obtener una TBC es la proyección térmica por plasma atmosférico (atmospheric plasma spraying o APS) debido a su flexibilidad de operación y relativo bajo coste (2). Esta técnica consiste en inyectar un polvo en el interior del plasma donde el material es fundido y acelerado hasta impactar con el sustrato formándose una estructura laminar por gotas fundidas y entre ellas pueden quedar numerosos defectos como poros, grietas, infundidos o incluso gotas satélite formadas por salpicaduras debido a la excesiva velocidad de impacto (3,4).En los últimos años, el empleo de nanopartículas en la obtención de recubrimientos se ha incrementado debido a la mejora que se produce en algunas propiedades (5). En el caso de En el presente trabajo se ha estudiado la influencia de cada uno de los parámetros de la proyección térmica por plasma atmosférico (atmospheric plasma spraying, APS) en la deposición de dos polvos comerciales de YSZ, uno convencional y otro nanoestructurado. En primer lugar se ha estudiado cómo afecta la variabilidad de los diferentes parámetros en el comportamiento de las partículas durante la proyección. Para tal fin, se ha utilizado un sensor que permite determinar la temperatura y la velocidad de las partículas en el interior del plasma. Una vez conocido cómo influyen los parámetros de proyección se han depositado ambos polvos sobre sustratos de acero inoxidable mediante APS modificando aquellos parámetros con un mayor impacto en el comportamiento de las partículas. Estos recubrimientos han sido caracterizados y se ha analizado la influencia del comportamiento de las partículas durante la proyección en la microestructura y propiedades del recubrimiento final. En este trabajo se concluye que la variación de los parámetros de proyección afecta en la velocidad y temperatura de las partículas en el interior del plasma y este comportamiento influye a su vez, y de forma diferente al emplear los distintos polvos (micro-y nanoesctructurado) en las características de los recubrimientos finales. Palabras clave: proyección por plasma atmosférico, monitorización, recubrimiento de YSZ, microestructura, propiedades mecánicas. Influence of atmospheric plasma spray parameters on YSZ coatings obtained from micro and nanostructured feedstocksIn the present work, the influence of atmospheric plasma spray (APS) parameters on the deposition of two commercial YSZ feedstocks, one conventional and one nanostrcutured, has been studied. First the study focused on how the variability of the...

Comportamiento a fatiga térmica de la capa de anclaje de nuevas barreras térmicas cerámicas obtenidas mediante proyección por plasma atmosférico

“…La capa de anclaje se depositó siguiendo las recomendaciones del fabricante (Tabla 1). Los parámetros de proyección de la capa cerámica se seleccionaron a partir de los resultados obtenidos en estudios previos [8].…”

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].…”

Diseño de recubrimientos porosos basados en circona mediante proyección térmica por plasma de suspensiones concentradas Carnicer Cervera, Víctor

“…Esta optimización se suele hacer con un diseño de experimentos, en el que se modifican determinadas variables y se analizan sus efectos sobre alguna de las propiedades del recubrimiento, tales como espesor, adherencia, porosidad, comportamiento térmico, etc. Para este tipo de experimentos se suelen utilizar herramientas de monitorización en tiempo real para comprobar la velocidad y temperatura de las partículas durante el proceso de deposición [113][114][115][116][117][118][119][120] y definir su influencia sobre las propiedades estudiadas.…”

“…Para comprobar la fluidez de los polvos reconstituidos se midió el índice de Hausner (HR) y el ángulo de reposo estático (αRE) [199,200]. Ambos métodos son muy utilizados para la caracterización de materiales pulverulentos en proyección térmica [120,136,[201][202][203]. El HR (Figura 45a) es la relación entre las densidades (kg/m 3 ) del lecho de partículas antes y después de ser sometido a una vibración, es decir, entre un lecho sin vibrar y un lecho vibrado, según la ecuación 2:…”