Obtención de recubrimientos de barrera térmica mediante proyección por plasma atmosférico de polvos y suspensiones de nanopartículas de circona
- Autores: Pablo Carpio Cobo
- Directores de la Tesis: Enrique Sánchez Vilches (dir. tes.), María Dolores Salvador Moyá (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Jaume I ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Valentín Pérez Herranz (presid.), Rodrigo Moreno (secret.), Elizaveta Klyatskina (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Los recubrimientos de barrera térmica (TBC) se emplean para proteger las partes metálicas de las turbinas de ambientes extremadamente calientes [1]. La capa superior o capa cerámica de estos recubrimientos típicamente es de circona estabilizada con itria (YSZ) ya que presenta una baja conductividad térmica y buenas prestaciones mecánicas a elevadas temperaturas [2]. Una de las técnicas más empleadas para la deposición de TBC es la proyección por plasma atmosférico (APS) debido a su versatilidad y relativo bajo coste [3]. Hay una necesidad de mejorar los TBC con la finalidad de aumentar la temperatura de operación de las turbinas de gas, así como para incrementar el tiempo de vida útil del recubrimiento [4].
En los últimos años se han estudiado los recubrimientos obtenidos a partir de nanopartículas. En el caso de los TBC se ha encontrado que la conductividad térmica disminuye y que la resistencia a la fatiga térmica aumenta comparado con sus homólogos convencionales [5]. El problema reside en que las nanopartículas no se pueden inyectar directamente en el plasma debido a su baja densidad y mala fluidez. Una vía abordada consistió en la aglomeración o reconstitución de nanopartículas en partículas micrométricas proyectables por APS. Para ello, se prepararon suspensiones de nanopartículas que después se secaron por atomización. La segunda vía consistió en modificar la técnica convencional de APS con tal de inyectar líquidos en lugar de material pulverulento. Esta técnica se denomina proyección de suspensiones por plasma (SPS) y se depositan las suspensiones de nanopartículas directamente suprimiendo el proceso de reconstitución [6]. El objetivo de la presente tesis consistió en la obtención de TBC a partir de nanopartículas de YSZ siguiendo las dos vías descritas.
La experimentación se centró en la preparación de las suspensiones y de los polvos reconstituidos. Cabe resaltar que se obtuvieron suspensiones acuosas con un contenido en sólidos del 10% en vol. adecuadas para una deposición SPS, así como suspensiones concentradas al 30% en vol. adecuadas para la obtención de polvos reconstituidos. Estos contenidos en sólidos son muy superiores a los empleados en trabajos previos, lo cual se traduce en un ahorro energético [7,8]. Además, trabajar con suspensiones acuosas en lugar de emplear disolventes orgánicos supone un menor coste económico y una mayor seguridad por temas de inflamabilidad.
En esta tesis se concluye que la preparación de la suspensión afecta tanto a la reconstitución de polvo así como la deposición SPS. Además, las características del polvo depositado influyen en la deposición APS. Por lo tanto, la preparación del material de partida tiene una gran importancia en el desarrollo de los recubrimientos finales.
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[6] Engineering a new class of thermal spray nano¿based microstructures from agglomerated nanostructured particles, suspensions and solutions: an invited review. P. Fauchais, G. Montavon, R. S. Lima, B. R. Marple. Journal of physics. D: Applied Physics. 44 (2011) 093001.
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