Oxidación a alta temperatura de recubrimiento laser cladding NiCoCrAlY para aplicaciones de barrera térmica

Autores UPV
Año
CONGRESO Oxidación a alta temperatura de recubrimiento laser cladding NiCoCrAlY para aplicaciones de barrera térmica

Abstract

Los componentes de turbinas aeronáuticas y de generación eléctrica se protegen con capas barrera de aleaciones MCrAlY (donde M=Ni, Co, Fe o combinaciones entre ellas). Las superaleaciones base níquel del tipo NiCoCrAlY son ampliamente usadas como recubrimiento de piezas y como capa de unión entre sustrato y recubrimientos cerámicos, debido a su buena adherencia, alto módulo de elasticidad, buenas propiedades mecánicas, y a su buena resistencia a la oxidación a alta temperatura, por ello se usan cada vez más en componentes mecánicos de modernas turbinas de gas. El Laser Cladding (LC) es una técnica de manufactura flexible que permite depositar cordones y también recubrimientos densos, capa a capa sobre superficies complicadas, con la finalidad de realizar reparaciones en componentes de alto coste, así como también incrementar la vida en servicio de componentes sometidos a altas temperaturas. En este trabajo se ha obtenido recubrimientos densos, con buena unión metalúrgica, baja porosidad y baja tasa de dilución con el sustrato, mediante deposición por laser cladding coaxial con parámetros de proceso optimizados, y se ha evaluado el comportamiento a alta temperatura de un recubrimiento NiCoCrAlY mediante la oxidación isotérmica en aire estático a 1100 ºC durante 5, 10, 25, 50, 100 y 200 h en un horno de atmosfera controlada. La posible formación de óxidos en la superficie y en la sección transversal de las muestras oxidadas ha sido evaluada por microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM) con corte mediante cañón de iones focalizados (FIB), microscopia de fuerza atómica (AFM) y difracción de rayos X (DRX). La microestructura de los recubrimientos obtenidos se compone de una fase dendrítica matriz γ-Ni y una fase interdendrítica β-NiAl, las cuales dependen de la composición química del recubrimiento y de la velocidad de solidificación. A alta temperatura, el crecimiento y la formación de óxidos estables y densos en el recubrimiento proporcionan una protección al substrato subyacente de la corrosión a temperatura elevada, lo que limita la degradación oxidativa del mismo. El recubrimiento presenta una baja ganancia de peso por unidad de superficie, con un menor espesor de capa de óxidos que el sustrato. Análisis EDS indican una capa continua de óxidos de Al2O3 con óxidos NiO, CoO, Y2O3 y Cr2O3 distribuidos sobre la superficie. El NiO, CoO y Cr2O3 posiblemente se combinan para formar óxidos complejos (Ni,Co)(Al,Cr)2O4 del tipo espinela. La evolución de los óxidos estequiometricos evaluados en la superficie oxidada de ambos recubrimientos muestra un pequeño crecimiento inicial de Cr2O3 que es reducido gradualmente, apreciándose un aumento de la cantidad de Al2O3 presente en la capa de óxidos hasta alcanzar un 94% del total a las 200h. En el análisis de la capa de óxido mediante FIB y FESEM se confirman la capa estable de Al2O3, así como óxidos Y2O3/YAlO3 y (Ni,Co)Al2O3 en ella.