Estudo da oxidação de revestimentos Bond Coat depositados por aspersão térmica expostos a elevadas temperaturas

Abstract

Resumo: Palhetas de Turbina a gás operam normalmente em atmosferas agressivas e a elevadas temperaturas e pressões. A aplicação de revestimentos TBC (Thermal Barrier Coatings) permite maiores temperaturas de trabalho proporcionando um aumento na vida útil dessas palhetas. Esses revestimentos são compostos basicamente pela combinação de um revestimento cerâmico (Top Coat) depositado sobre um revestimento metálico (Bond Coat). Neste trabalho avaliou-se a aplicação de três ligas distintas como Bond Coat sobre um substrato de aço inoxidável 304, sendo uma liga Ni5Al e uma Ni22CR10Al1Y depositadas por HVOF e uma liga Ni23Co17CR12Al depositada pelo processo Air Plasma Spray. O processo foi efetuado em duas etapas, na primeira foi realizada uma análise estatística com o objetivo de obter os parâmetros de deposição que proporcionassem Bond Coat aderentes e com baixos teores de óxidos e porosidade. Sobre cada Bond Coat foram depositados Top Coat de ligas de zircônia estabilizada com ítria pelo processo Plasma Spray e estes corpos de prova foram submetidos a ensaios de Ciclagem Térmica a 1100°C. Na segunda etapa não foi realizada a deposição do Top Coat a fim de avaliar apenas a resistência à oxidação das ligas utilizadas como Bond Coat. Durante a primeira etapa foi verificado que a degradação do substrato foi o principal motivo da falha ou destacamento dos revestimentos, sendo assim na segunda foi desenvolvido um novo corpo de prova visando minimizar o efeito da oxidação do substrato. Resultados revelaram que a otimização dos parâmetros de processo proporcionou maior aderência, menor porosidade e um aumento na resistência à oxidação em altas temperaturas para todas as ligas utilizadas, mostrando que a deposição de Bond Coat pelos processos de Aspersão Térmica HVOF e Plasma é eficaz. Palavras-Chave: Ligas NiAl, Oxidação, Bond Coat , Alumina, TGO, HVOF, APS.

Abstract: Gas turbine blades typically operate at aggressive atmospheres and high temperatures and pressures. The application of TBC (Thermal Barrier Coatings) allows higher working temperatures providing an increase in the life of these blades. These coatings are basically composed by combining a ceramic coating (Top Coat) deposited on a metallic coating (Bond Coat).This work analyzed the application of three different alloys upon a AISI 304L stainless steel substrate; a Ni5Al and a Ni22Cr10Al1Y alloy deposited by HVOF process, and a Ni23Co17Cr12Al alloy deposited by Air Plasma Spray process .The process was performed in two stages, in the first stage, statistical analysis was carried out in order to obtain the deposition parameters that provide adhesive Bond Coat with low levels of oxides and porosity. Over each Bond Coat were deposited a Top Coat of Yttria Stabilized Zirconia by Air Plasma Spray process and these specimens were tested for thermal cycling at 1100°C. In the second stage was not performed the deposition of the Top Coat in order to evaluate the oxidation resistance of alloys used as Bond Coat. During the first stage it was found that the degradation of the substrate was the main reason for the failure or detachment of the coatings, so in the second stage was developed a new specimen with the purpose of minimizing the effect of substrate oxidation. The results revealed that the process parameter optimization provided high adherence, low porosity and an increased resistance to oxidation at high temperatures for all alloys, showing that deposition of these Bond Coats by HVOF and Plasma Spray is effective. Keywords: NiAl alloys, Oxidation, Bond Coat, Alumina, TGO, HVOF, APS.