ES2281048T3 - Un recubrimiento protector. - Google Patents
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Abstract
Un recubrimiento protector resistente a la oxidación aplicado sobre un componente, formado de una superaleación a base de níquel o a base de cobalto; el recubrimiento protector consiste de los siguientes elementos (en porcentaje en peso): 28% de níquel, 24% de cromo, 0.6% de itrio, 10% de aluminio y el resto de cobalto. 5
Description
Un recubrimiento protector.
La invención se refiere a un recubrimiento
protector.
Han sido desarrolladas y probadas numerosas
composiciones de recubrimientos protectores de aleaciones que
contienen principalmente níquel, cromo, cobalto, aluminio y un
elemento reactivo de las tierras raras. Hasta este momento tales
recubrimientos han llegado a ser conocidos por ejemplo a través de
la Patente U.S. No. 4,005,989 o U.S. 5,401,307.
De la Patente U.S. No. 4,034,142, se sabe
también que un constituyente adicional, el silicio, puede
adicionalmente mejorar las propiedades de dichos recubrimientos
protectores.
Aunque los rangos relativamente amplios de
varios elementos en estos documentos, de hecho sí sugieren
cualitativamente una vía para crear recubrimientos protectores
resistentes a corrosiones ocasionadas por alta temperatura,
cuantitativamente las composiciones reveladas no son lo
suficientemente específicas para todos los propósitos.
La patente alemana 23 55 674 revela
composiciones adicionales para recubrimientos protectores, pero no
son apropiadas para usos o aplicaciones del tipo que se da con
turbinas estacionarias a gasolina que tienen una alta temperatura de
entrada.
Estos recubrimientos protectores muestran un
alto grado de oxidación interna y de ahí el desarrollo de grietas,
lo que conduce a una ablación del recubrimiento aplicado.
Constituye un objeto de la invención
proporcionar una aplicación de un recubrimiento protector que se
aplica sobre un componente en el cual se reduce al mínimo el
desarrollo de grietas, que reducen las propiedades mecánicas y la
adhesión de otros recubrimientos aplicados.
Con el objetivo precedente y otros objetivos en
la mira, se proporciona de acuerdo con la invención, un
recubrimiento protector resistente a la corrosión a temperaturas
medias y altas sobre un componente formado de una aleación a base
de cobalto, que consiste de los siguientes elementos (en porcentaje
en peso):
- 28% de níquel,
- 24% de cromo,
- 10% de aluminio,
- 0.6% de itrio,
- y el resto de cobalto.
El recubrimiento protector no desarrolla fases
quebradizas en el recubrimiento y en el interfaz que se sitúa entre
el material de base y el recubrimiento.
Se mejora la resistencia a la oxidación.
La cantidad y estructura de la fase rica en
aluminio es lo suficientemente alta para desarrollar una buena capa
de anclaje: una capa TGO (óxido de crecimiento térmico) sobre la
parte superior de MCrAIY y entre la cerámica de MCrAIY,
respectivamente.
Las siguientes propiedades o su importancia
pueden ser atribuidas a los varios constituyentes del recubrimiento
protector:
El Cobalto, como constituyente, ejerce buenas
propiedades de corrosión a altas temperaturas.
El níquel mejora la ductilidad del recubrimiento
y reduce la interdifusión con respecto a los materiales de base a
base de níquel.
El cromo mejora las propiedades de corrosión a
temperaturas medias hasta aproximadamente 900ºC y promueve la
formación de un óxido de aluminio que cubre la película.
El aluminio mejora las propiedades de corrosión
a altas temperaturas hasta aproximadamente 1150ºC.
El efecto del itrio es conocido per
se.
\newpage
En los valores preferenciales dados, las pruebas
han mostrado particularmente buenas propiedades de corrosión de los
recubrimientos protectores para aplicaciones en turbinas a gasolina
que tengan una temperatura de entrada superior a 1200ºC.
Los recubrimientos de acuerdo con la invención
se pueden aplicar mediante atomización de plasma o deposición de
vapor (PVD), y son particularmente bien apropiados para aspas de
turbina a gasolina formadas a partir de una superaleación a base de
níquel o de cobalto.
De la misma forma, pueden ser suministrados con
tales recubrimientos protectores otros componentes de turbinas a
gasolina, particularmente en turbinas a gasolina que tengan una alta
temperatura de entrada superior a por ejemplo 1200ºC. En los
ensayos, la composición especial del recubrimiento de acuerdo con la
invención ha probado ser una selección particularmente apropiada
para turbinas a gasolina estacionarias que tengan una alta
temperatura de entrada. Tales ensayos serán discutidos en los
siguientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se ha descrito previamente, los componentes
sobre los cuales se aplican los recubrimientos son fabricados
ventajosamente a partir de superaleaciones a base de níquel o a base
de cobalto. Los componentes pueden ser formados de:
1. Aleaciones de forjas que consisten
esencialmente de (en porcentaje en peso): 0.03% a 0.05% de carbono,
18% a 19% de cromo, 12 a 15% de cobalto, 3 a 6% de molibdeno, 1 a
1.5% de tungsteno, 2 a 2.5% de aluminio, 3 a 5% de titanio,
adiciones menores opcionales de tantalio, niobio, boro y/o zirconio,
y el resto de níquel. Tales aleaciones se conocen como Udimet 520 y
Udimet 720.
2. Fundiciones de aleación que consisten
esencialmente de (en porcentaje en peso): 0.1 a 0.15% de carbono,
18 a 22% de cromo, 18 a 9% de cobalto, 0 a 2% de tungsteno, 0 a 4%
de molibdeno, 0 a 1.5% de tantalio, 0 a 1% de niobio, 1 a 3% de
aluminio, 2 a 4% de titanio, 0 a 0.75% de hafnio, adiciones menores
opcionales de boro y/o zirconio y el resto níquel. Las aleaciones
de este tipo son conocidas como GTD 222, IN 939, IN 6203 y Udimet
500.
Aleaciones de fundición que consisten
esencialmente de (en porcentaje en peso): 0.07 a 0.1% de carbono, 12
a 16% de cromo, 8 a 10% de cobalto, 1.5 a 2% de molibdeno, 2.5 a 4%
de tungsteno, 1.5 a 5% de tantalio, 0 a 1% de niobio, 3 a 4% de
aluminio, 3.5 a 5% de titanio, 0 a 0.1% de zirconio, 0 a 1% de
hafnio, una adición menor opcional de boro y el resto de níquel.
Tales aleaciones son conocidas como PWA 1483SX, IN 738 LC, GTD III,
IN 792 CC y IN 792 DS; se estima que IN 738 LC es particularmente
útil en el contexto de esta invención.
Aleaciones de fundición que consisten
esencialmente de (en porcentaje en peso): aproximadamente 0.25% de
carbono, 24 a 30% de cromo, 10 a 11% de níquel, 7 a 8% de
tungsteno, 0 a 4% de tantalio, 0 a 0.3% de aluminio, 0 a 0.3% de
titanio, 0 a 0.6% de zirconio, una adición menor opcional de boro y
el resto de cobalto.
Es particularmente ventajoso aplicar
recubrimientos que tengan un espesor en el rango de 200 Pm a 300
Pm.
Se han realizado pruebas de oxidación
cíclica.
El ciclo de prueba se efectuó a 1000ºC, durante
2 horas, 15 minutos de enfriamiento por aire comprimido. En el
ensayo, la nueva composición del recubrimiento muestra un
comportamiento superior a la oxidación cíclica. El tiempo de
desprendimiento era aproximadamente 2,5 veces más largo que otros
recubrimientos probados en la misma clase de ensayo.
La Figura es una gráfica de barras que muestra
resultados comparativos de ensayo de varios recubrimientos.
Con referencia a la gráfica de la Figura, la que
ilustra los resultados del ensayo, la muestra 1 es un recubrimiento
de un oficio precedente tal como es ampliamente utilizado mientras
que la muestra 2 está de acuerdo con la presente invención.
Con relación a la clasificación mencionada, las
muestras 1 y 2 presentaban un material de base hecho a partir de
PWA1483SX.
Cuando se compara con la muestra del arte
precedente 1 (11% a 13% de Co, 20% a 22% de Cr, 10.5% a 11.5% de
Al, 0.3% a 0.5% de Y, 1.5% a 2.5% de Re, el resto de Ni, conocida
a partir de US 5,154,885, US 5,273,712 o US 5,268,238) la muestra
inventiva 2 (la presente invención en porcentaje en peso: 28% de Ni,
24% de Cr, 0.6% de Y, 10% de A1, y el resto de Co) es claramente
ventajosa, particularmente en términos de su comportamiento de
oxidación cíclica.
Como se muestra en la gráfica, la muestra 1 del
oficio precedente exhibe un número de ciclo a la ruptura de
aproximadamente 1200 ciclos. La muestra producida de acuerdo con la
invención exhibe un número de ciclo a la ruptura de aproximadamente
3200 ciclos.
La muestra 1 ha sido considerada ampliamente el
mejor recubrimiento conocido en el oficio pertinente, especialmente
en términos de su resistencia de oxidación cíclica.
Los recubrimientos de acuerdo con la presente
invención ya no precisan llegar a un equilibrio entre la
resistencia a la oxidación y la ductilidad (importante para la
resistencia al desgarre y la adhesión). Estas propiedades no son
únicamente optimizadas en relación la una con la otra sino que son
ampliamente mejoradas con respecto al arte precedente.
Claims (2)
1. Un recubrimiento protector resistente a la
oxidación aplicado sobre un componente, formado de una superaleación
a base de níquel o a base de cobalto; el recubrimiento protector
consiste de los siguientes elementos (en porcentaje en peso):
- 28% de níquel,
- 24% de cromo,
- 0.6% de itrio,
- 10% de aluminio
- y el resto de cobalto.
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