.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Straturi ceramice cu rol de barieră termică pentru turbine cu gaze
În ultimele două decenii, creşterea eficienţei şi puterii motoarelor cu turbină cu gaze folosite în domeniul transportului aerian, generării de energie electrică și industriei de apărare se bazează pe utilizarea de straturi ceramice cu rol de barieră termică (SBT) pentru creşterea temperaturii gazelor în camera de ardere a motoarelor. Aceste straturi sunt formate din materiale refractare din oxizi ceramici (ZrO2-Y2O3-Al2O3-Gd2O3) și dispuse în succesiuni de straturi care acoperă suprafeţele componentelor expuse la temperaturile cele mai înalte din motoarele cu turbină cu gaze (paletele turbocompresorului, camera de ardere).
Una din limitările care conduc la scurtarea timpului de viaţă a motoarelor cu turbină cu gaze este datorată exfolierii straturilor cu rol de barieră termică (SBT), în special în zona stratului de aderenţă dintre ceramica şi aliajul paletelor, numit strat de acroşaj (strat de contact) şi care este format de obicei dintr-un aliaj similar cu aliajul de bază. În contrast cu ceramica poroasă ce formează stratul de suprafaţă a SBT, stratul de contact trebuie să fie dens, uniform, cu rezistenţa mecanică de valori intermediare între cea a stratului de ceramică şi cea a aliajului de bază. Pe lângă funcția de aderenţă, stratul de contact trebuie să asigure în plus şi o barieră de oxidare şi coroziune la temperaturi înalte a aliajului de bază. Această funcţie este realizată prin includerea unui adaos de aluminiu printre elementele de aliaj, care în timpul tratamentului termic va forma o peliculă de oxid de aluminiu care împiedică oxidarea în aliajul de bază. Deoarece în majoritatea cazurilor exfolierea SBT survine din interiorul acestui strat de contact, cercetările recente se concentrează asupra elucidării şi remedierii cauzelor de degradare a acestui strat.
Recent, în cadrul unui proiect finanțat de ROSA (Romanian Space Agency) şi coordonat de INCD Fizica Materialelor – Măgurele (INCDFM), în parteneriat cu Institutul Naţional de Cercetări Aerospațiale – Bucureşti (INCAS) şi laboratorul SRL PlasmaJet din Măgurele, s-au efectuat cercetări pentru a determina posibilitatea utilizării unei tehnici de depunere apărute în ultimii zece ani, HVAF (high velocity air fuel), în raport cu metoda consacrată încă din anii 1990, APS (air plasma spray). Pentru aceasta s-au urmărit trasformările fizico-chimice ce intervin în stratul de contact în timpul tratamentelor termice folosind epruvete pe care stratul de contact a fost depus prin cele două metode şi folosind aceeaşi pulbere de aliaj. 
Avantajele folosirii tehnicii HVAF
Analiza straturilor de contact cu ajutorul microscopiei cu baleiaj de electoni (SEM) şi analiza elementală cu dispersie în energie (EDS) arată ca depunerea APS formează un strat poros în care picăturile de aliaj topit se aplatizează la impactul cu substratul şi rămân separate prin interfeţe distincte şi goluri interne (vezi figura 1a). Oxidul de aluminiu se formează în spaţiul lăsat de aceste interfețe şi nu formează o barieră compactă. De asemenea, se observă modificări structurale ale aliajului din substrat sub formă de segregări ale titanului în aliajul de bază.
În cazul depunerii HVAF viteza de impact a picăturilor provenite din pulberea materialului depus este mult mai mare (~ 3 mach), cauzând contopirea picăturilor depuse şi formarea unui strat compact fără pori interni (figura 1b). În acest fel oxidul de aluminiu este forţat să iasă la suprafaţă şi să formeze o barieră compactă care protejează oxidarea aliajului de bază.
Utilizând difracţia de raze X şi analiza cantitativă a fazelor cristaline la suprafaţa stratului de contact, în cazul depunerii APS s-a determinat că, imediat după depunere, există o pre-oxidare la suprafaţă în proportie de 24 %, care, la temperaturi înalte (1200 ºC – 5h), avansează până în proporție de 96 %. Comparativ, în cazul depunerii HVAF, oxidarea apare doar la temperaturi mai mari de 900 ºC, iar în urma aceluiaşi tratamet de 5 ore, la 1200 ºC, gradul de oxidare la suprafaţă este de doar 46 %.
Aceste rezultate demonstrează avantajele folosirii tehnicii HVAF în cazul depunerii stratului de contact pentru structurile ceramice cu rol de barieră termică. Rezultatele vor fi implementate în proiecte viitoare de cercetare-dezvoltare naţionale şi internaţionale.
Parerea ta conteaza: 
