Evolución de los esfuerzos residuales en recubrimientos de barrera térmica debido al ataque químico de depósitos vítreos

Abstract

Este trabajo se originó de un proyecto integral concebido para entender y solucionar el problema del desprendimiento que sufren los recubrimientos de barrera térmica en turbinas de gas debido al ataque por CMAS (óxidos fundidos de calcio, magnesio, aluminio y silicio), el cual se cree influye en la magnitud del perfil de esfuerzos residuales y en la integridad de dichos recubrimientos. Se fabricó un recubrimiento barrera térmica (TBC) mediante la deposición de dos capas de diferente composición química, i.e. CoNiCrAlY y zirconia estabilizada con itria (YSZ), sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 304. Ambas capas fueron depositadas mediante procesos de rociado térmico, la capa metálica de enlace (BC) fue depositada mediante una pistola de rociado a alta velocidad por combustión de oxigeno (HVOF), mientras que la cerámica (TC) mediante rociado por plasma atmosférico (APS). En la primera etapa, los TBCs fueron tratados térmicamente a 1200 °C durante diferentes tiempos de exposición con el fin de evaluar la evolución del estado de esfuerzos residuales en el recubrimiento a alta temperatura, como una función del tiempo. El estado de esfuerzos del recubrimiento fue determinado mediante el método de remoción de capa modificada (MRCM) y una adaptación del tal método para recubrimientos bicapa, llamado método de remoción de capa modificada para recubrimiento bicapa (MRCMRB). El perfil de esfuerzos residuales del TBC se determinó satisfactoriamente mediante el empleo de ambos métodos; se encontró que los tiempos de exposición más largos a alta temperatura resultaron en un incremento en el estado de esfuerzo residual de compresión en el BC comparado con el estado de esfuerzo que se encuentra en la condición sin tratamiento. En la segunda etapa, Los TBC’s fueron tratados térmicamente con una temperatura de 1250 °C, con un ataque de CMAS con concentración de 10 mg/cm², durante diferentes tiempos de exposición (2, 4 y 6 horas), con el fin de evaluar el efecto del CMAS sobre la magnitud del estado de esfuerzos residuales del recubrimiento. El estado de esfuerzos del recubrimiento fue determinado mediante el método de remoción de capa modificada para recubrimiento bicapa (MRCMRB). Se observó que los tiempos de exposición más largos a alta temperatura resultaron en un incremento en el estado de esfuerzo residual de compresión en el TC debido al efecto del CMAS. Además, se confirmó que a medida que aumentó el espesor del óxido crecido térmicamente (TGO), la magnitud de los esfuerzos residuales de compresión se incrementó.