Deposição de revestimentos tipo barreira térmica por aspersão térmica

Abstract

Resumo: Palhetas de turbinas a gás de termoelétricas operam em atmosferas agressivas com elevadas temperaturas e pressões. Uma técnica para aumentar sua vida útil ou mesmo a temperatura de trabalho é o uso de revestimentos do tipo barreira térmica (TBC), composto por uma camada cerâmica externa (top coat) sobre um revestimento de ligação metálico (bond coat), aplicados por aspersão térmica. O objetivo geral deste trabalho é aplicar, testar e caracterizar revestimentos TBC produzidos a partir das deposições de ligas comerciais, sendo para top coat três pós cerâmicos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ): ZrO28%Y2O3, ZrO27%Y2O3 e ZrO27%Y2O31,7%HfO2; e para bond coat três ligas de níquel: Ni23%Co17%Cr12,5%Al0,45%Y, Ni5%Al e Ni22%Cr10%Al1%Y (% em peso), sendo que para depositar estes materiais foi utilizado os respectivos processos de aspersão térmica por plasma spray (APS) e de alta velocidade (HVOF). Dividido em duas etapas, onde na primeira foram feitos testes, onde o planejamento experimental permitiu estudar variação de parâmetros dos processos, o qual prevê um conjunto de tratamentos onde se pôde verificar a influencia destes parâmetros em relação a espessura de revestimento, microdureza, porosidade, fração em área de óxidos e aderência. Na segunda etapa foram preparados novos revestimentos com os parâmetros otimizados e nestes foram realizados testes desempenho em elevada temperatura, sendo estes a 1150 ºC por 4 e 16 horas. Os resultados mostram o desempenho dos revestimentos, sendo evidenciada a capacidade dos TBCs de suportarem as condições testadas em elevada temperatura sem apresentarem falhas por desplacamento.

Abstract: Gas turbines blades for power plants operating in aggressive environments with high temperatures and pressures. One technique to increase their life or the working temperature is the use of thermal barrier coatings (TBC), composed of ceramic top coat on a metal bond coat, applied by thermal spray. The objectives of this work are: apply, test and characterize the coatings comprising a TBC. The materials used in the depositions are commercial, to top coat there is three of ceramic powders from yttria stabilized zirconia (YSZ): ZrO28%Y2O3, ZrO27%Y2O3 and ZrO27%Y2O31,7%HfO2; to bond coat there is three alloys nickel: Ni23%Co17%Cr12,5%Al0,45%Y, Ni5%Al and Ni22%Cr10%Al1%Y (wt.%). To deposit these materials was used the respective processes of plasma spray (APS) and high speed (HVOF). Divided in two stages, where in the first tests were made, the experimental planning allowed us to study variation of process parameters, which provides a set of treatments where possible to check the influence over the coating thickness, microhardness, porosity, oxide fraction area and adhesion. In the second stage new coatings were prepared with the optimized parameters, and these tests were conducted on high temperature performance, and performed at 1150 ° C for 4 and 16 hours. The results show the quality of coatings, which highlighted the capacity of TBCs to bearing the conditions tested at high temperature without show faults by spallation.