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Title

Comportamiento de recubrimientos multicapa de Mullita/ZrO2 diseñados para barreras ambientales en condiciones de vapor de agua y alta temperatura

AuthorsQueiroz Mezquita-Guimaräes, Joana
AdvisorGarcía Granados, Eugenio Santiago
Issue Date2012
PublisherUniversidad Autónoma de Madrid
AbstractUn problema clave que se plantea la sociedad actual es la consecución de una mayor eficiencia en los procesos industriales y en el transporte, reduciendo al máximo la emisión a la atmosfera de gases contaminantes, con objeto de controlar el efecto invernadero. Cuando se traslada este axioma a los motores de turbina de gas, se comprende que para avanzar en esa línea es necesario un cambio en el tipo de materiales que forman parte de una turbina, y en especial, de las zonas más calientes. Como alternativa a las aleaciones metálicas que se usan en la actualidad, se ha empezado a investigar en componentes cerámicos de nitruro de silicio y el carburo de silicio reforzado con fibras, siendo uno de los problemas más importantes a los que se enfrentan estos materiales el de la corrosión producida por la atmosfera de combustión de una turbina, muy rica en vapor de agua. La estrategia general con la que se afronta este problema consiste en la aplicación de recubrimientos protectores frente a este tipo de atmosferas y elevadas temperaturas, de forma similar a como las barreras térmicas se emplean en componentes metálicos de turbinas de gas para protegerlos de la oxidación. Los recubrimientos para componentes cerámicos reciben el nombre de barreras ambientales y son básicamente estructuras multicapa que entrañan gran complejidad pues han de ser químicamente compatibles con el substrato, estables en atmósferas de combustión y soportar los ciclados térmicos sin degradarse prematuramente. Este conjunto de características, que debe cumplir el conjunto de sustrato + recubrimiento, supone un desafío tecnológico importante y, por descontado, un reto para la Ciencia de Materiales. En esta tesis se plantea una nueva estructura de barrera ambiental basada en la superposición de capas de composición mullita/ZrO2 gradual, entre el substrato de SiC y la capa superior de ZrO2, el material utilizado por excelencia como barrera térmica. La funcionalidad de las capas intermedias de mullita/ZrO2 es la de ajustar el coeficiente de expansión térmica para reducir en lo posible las tensiones residuales, y tratar así de evitar agrietamientos catastróficos. La memoria se ha estructurado en cuatro capítulos. En el Primer Capítulo se plantea la problemática, situándola en el contexto global de la evolución de las turbinas de gas; ofreciendo también una breve introducción de la técnica de proyección por plasma. El Segundo Capítulo trata primordialmente de los tres métodos implementados para fabricar el material de aporte en condiciones adecuadas para proyección y que su producción sea fácilmente escalable. El Tercer Capítulo muestra de forma comparativa las propiedades mecánicas, las características microestructurales y el nivel de tensiones residuales en los sistemas junto a una cuantificación de las grietas presentes en las distintas estructuras de barreras ambientales procesadas mediante proyección por plasma. Finalmente, el Capítulo Cuarto recoge los resultados de los ensayos de corrosión, tanto estáticos como ciclados, de los recubrimientos, sometidos a alta temperatura en flujo de aire rico en vapor de agua. Las características y propiedades de los recubrimientos envejecidos se exponen y se comparan con los recubrimientos originales. Todo ello ha permitido señalar los sistemas más fiables y profundizar en las causas que aceleran la corrosión, extrayendo también pautas para avances en ulteriores diseños, lo que se expone en el apartado de Conclusiones. La descripción somera de las principales técnicas utilizadas en el desarrollo del trabajo se recogen en el apartado de Anexos
URIhttp://hdl.handle.net/10261/55055
Appears in Collections:(ICV) Tesis
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