Resumen
Los recubrimientos de barrera térmica permiten que las turbinas de gas operen a temperaturas más elevadas. Consecuentemente, el avance de este tipo de recubrimientos está permitiendo que las turbinas sean más eficientes energéticamente, consumiendo menos combustible y desprendiendo una cantidad menor de gases nocivos. Uno de los problemas de las actuales barreras térmicas es su tiempo de vida útil limitado, debido a las severas solicitaciones mecánicas y térmicas a las que son sometidas. El deterioro del recubrimiento conlleva una perdida de productividad del motor o componente y un incremento del consumo de recursos materiales de elevado coste para su reparación.
La solución propuesta en el presente proyecto es añadir una novedosa funcionalidad a la barrera térmica, basada en el mecanismo autosellante, de tal forma que las grietas originadas por la fatiga térmica se sellen a medida que se vayan generando. El mecanismo autosellante más estudiado en el caso de materiales cerámicos consiste en la adición de partículas de un compuesto no oxídico (el más común es el SiC) con la finalidad de que dichas partículas formen un óxido durante los ciclos térmicos. La formación de este óxido supone una expansión de volumen, rellenando las grietas generadas. El desafío de emplear agentes autosellantes radica en evitar su oxidación o descomposición durante el desarrollo de los recubrimientos ya que las técnicas habitualmente empleadas en la deposición de barreras térmicas estan basadas en la proyección térmica por plasma.
Estás técnicas consisten en introducir el material a depositar dentro de un plasma térmico proyectándolo hacia el sustrato. Dentro del plasma se alcanzan temperaturas muy elevadas que pueden oxidar o descomponer el agente autosellante previamente a la deposición, perdiendo la funcionalidad deseada. Este proyecto se va a centrar en investigar diferentes estrategias para evitar la degradación de dicho agente durante la proyección térmica, obteniendo de esta manera una barrera térmica con la funcionalidad autosellante, algo que no ha sido obtenido hasta la fecha.
Se han publicado algunos trabajos sobre diferentes vías para desarrollar recubrimientos autosellantes y, si bien se ha observado este mecanismo en piezas cerámicas, todavía falta más investigación para alcanzar el efecto autosellante en recubrimientos cerámicos. La mayoría de estas vías consisten en encapsular por diversos métodos, el agente autosellante dentro de un óxido refractario. Es por ello que, en el presente proyecto, se va a emplear diferentes encapsulados para determinar cuál es el idóneo. Además, se va a recurrir a vías totalmente innovadoras, como añadir compuestos reductores, que eviten la oxidación del agente autosellante. Cabe resaltar la necesidad de diseñar una caracterización específica para evaluar el efecto autosellante. Por lo tanto, la finalidad de este proyecto es diseñar recubrimientos de barrera térmica que presenten un mecanismo autosellante mediante técnicas de proyección térmica por plasma. Los recubrimientos desarrollados permitirán a las turbinas de gas operar a mayores temperaturas y presentar una mayor durabilidad. Para ello, el trabajo experimental se centrará en la selección y preparación del agente autosellante idóneo, el desarrollo del proceso de deposición adecuado y la caracterización de los recubrimientos para la optimización de
las dos etapas anteriores, con especial énfasis en la evaluación de la nueva funcionalidad desarrollada
