ES2317825T3 - Composicion de barrera termica de baja conductividad termica, pieza mecanica de superaleacion protegida por un revestimiento de ceramica que tiene tal composicion y metodo de realizacion del revestimiento de ceramica. - Google Patents
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Abstract
Composición de barrera térmica de baja conductividad térmica, caracterizada porque consiste en: una base de circonio, un óxido de disprosio que tiene una doble función de estabilizar el circonio y de disminuir la conductividad térmica del circonio y un óxido de un ión metálico tetravalente que tiene una masa atómica superior a la del circonio, siendo este óxido el dióxido de hafnio.
Description
Composición de barrera térmica de baja
conductividad térmica, pieza mecánica de superaleación protegida por
un revestimiento de cerámica que tiene tal composición y método de
realización del revestimiento de cerámica.
La invención se refiere a una composición de
barrera térmica de baja conductividad térmica, una pieza mecánica
de superaleación protegida por un revestimiento de cerámica que
tiene tal composición, y un método de realización del revestimiento
de cerámica.
Los constructores de motores de turbina,
terrestres y aeronáuticos, se enfrentan desde hace más de treinta
años a imperativos de aumento del rendimiento de las turbomáquinas,
de disminución de su consumo específico de combustible y de las
emisiones contaminantes de tipos CO_{x}, SO_{x}, NO_{x} y no
quemados. Una de las maneras de responder a estos imperativos
consiste en aproximarse a la estequiometría de combustión del
combustible y por consiguiente aumentar la temperatura de los gases
que salen de la cámara de combustión e impactan en las primeras
etapas de turbina.
Correlativamente, resulta necesario hacer los
materiales de la turbina compatibles con esta elevación de
temperatura de los gases de combustión. Una de las soluciones
aceptadas consiste en mejorar las técnicas de refrigeración de los
álabes de turbina. Esta evolución implica un fuerte aumento de la
tecnicidad y del coste de realización de las piezas. Otra solución
consiste en hacer evolucionar la refractariedad de los materiales
utilizados (temperatura límite de uso y vida útil en fluencia y en
fatiga). Esta solución ha sido puesta en práctica cuando
aparecieron las superaleaciones a base de níquel y/o de cobalto. Ha
conocido una evolución técnica considerable por el paso de las
superaleaciones equiejes a las superaleaciones microcristalinas
(ganancia de 80º a 100ºC en fluencia). Esta vía no puede ser hoy
explotada más que con costes de desarrollo importantes
(superaleaciones llamadas de tercera generación, antes que permitir
una ganancia suplementaria en fluencia de aproximadamente 20ºC).
Más allá se impone un nuevo cambio de familia de material.
Una alternativa a este cambio de familia de
materiales consiste en depositar sobre las piezas calientes de
superaleaciones un revestimiento aislante térmico llamado barrera
térmica. Este revestimiento de cerámica permite sobre una pieza
refrigerada crear, en régimen permanente de funcionamiento, un
gradiente térmico a través de la cerámica cuya amplitud total puede
superar los 200ºC. La temperatura de funcionamiento del metal
subyacente se encuentra disminuida en proporción con una incidencia
considerable sobre el volumen de aire de refrigeración necesario,
la vida útil de la pieza y el consumo específico del motor.
El revestimiento de cerámica puede ser
depositado sobre la pieza que se va a revestir utilizando
procedimientos diversos que pertenecen para la mayoría de ellos a
dos familias distintas: los revestimientos proyectados y los
revestimientos depositados por vía física en fase de vapor. Otros
procedimientos de depósito de tipo depósito químico en fase de
vapor (CVD) asistido por plasma pueden ser igualmente
utilizados.
Para los revestimientos proyectados, se efectúa
un depósito de óxido a base de circonio mediante técnicas
emparentadas con la proyección de plasma. El revestimiento está
constituido por un agrupamiento de gotitas de cerámica fundidas y
después templadas por choque, aplanadas y apiladas de manera que
formen un depósito imperfectamente densificado con un espesor
comprendido entre 50 \mum y 1 mm. Una de las características de
este tipo de revestimiento es una rugosidad intrínsicamente elevada
(la rugosidad Ra está comprendida típicamente ente 5 y 35 \mum).
El modo de degradación en servicio asociado habitualmente con este
revestimiento está caracterizado por la propagación lenta de una
fisura en la cerámica paralelamente en la interfaz
cerámica/metal.
En el caso de los revestimientos depositados por
vía física en fase de vapor, el problema es sensiblemente
diferente. Tal depósito puede ser realizado por evaporación bajo
bombardeo electrónico. Su característica principal es que el
revestimiento está constituido por un conjunto de columnitas muy
finas (entre 0,2 y 10 \mum típicamente) orientadas de manera
sensiblemente perpendicular a la superficie que se va a revestir.
El espesor de tal revestimiento puede estar comprendido entre 20 y
600 \mum. Tal conjunto presenta la propiedad interesante de
reproducir sin alterarlo el estado de superficie del substrato
recubierto. En particular, en el caso de álabes de turbinas, pueden
obtenerse rugosidades finales muy inferiores al micrómetro, lo que
es muy ventajoso para las propiedades aerodinámicas del álabe. Otra
consecuencia de la estructura llamada de columnas de los depósitos
de cerámica por vía física en fase de vapor, es que el espacio
situado entre las columnitas permite al revestimiento adaptarse de
manera muy eficaz a las tensiones de compresión sufridas en
servicio a causa del diferencial de dilatación con el substrato de
superaleación. En este caso, pueden alcanzarse vidas útiles
elevadas en fatiga térmica a alta temperatura y la rotura del
revestimiento tiene lugar de la proximidad de la interfaz
sub-capa/cerámica.
Las técnicas de depósito químico en fase de
vapor producen revestimientos cuya morfología es de columnas y
sensiblemente equivalente a la de los depósitos efectuados por vía
física en fase de vapor. En las técnicas de depósito químico o
físico en fase de vapor, la formación de óxido resulta de una
reacción molecular entre átomos o iones metálicos y el oxígeno.
Los revestimientos de barrera térmica están
compuestos por una mezcla de óxidos, habitualmente a base de
circonio. Este óxido constituye un compromiso interesante entre un
material que posee una conductividad térmica bastante baja y un
coeficiente de dilatación relativamente elevado, próximo al de las
aleaciones a base de níquel y/o de cobalto sobre las cuales se
desea depositarlo. Una de las composiciones de cerámica que
proporciona más satisfacción es el circonio total o parcialmente
estabilizado por un óxido tal como por ejemplo por el óxido de
itrio: ZrO_{2} + 6 a 8% másico de Y_{2}O_{3}. La función del
óxido itrio es estabilizar la variedad alotrópica cúbica C y/o
tetragonal no transformable t' del circonio, y evitar así
transiciones de fases de tipo martensítico durante variaciones
entre la temperatura ambiente y la temperatura de servicio elevada
de la placa.
La funcionalidad primera de un revestimiento de
barrera térmica es ralentizar los intercambios de calor entre un
medio exterior compuesto por gases calientes y la pieza metálica
recubierta, siendo la pieza metálica la mayoría de las veces
refrigerada a su vez por circulación forzada de gases fríos. Los
intercambios de calor entre el revestimiento cerámico y el metal
subyacente pueden ser conductivos y, en una menor medida,
radiactivos. Es bien conocido que la conductividad térmica de un
óxido es la suma de una contribución fónica, que varía como 1/T, y
de una contribución radiactiva, que varía en T^{3}. En el caso de
los circonios parcial o totalmente estabilizados, la experiencia
muestra que si la contribución radiactiva es importante por encima
de 500ºC en un monocristal (la conductividad térmica aumenta
rápidamente con la temperatura), es despreciable hasta 1200ºC en un
policristal puesto que se observa una disminución de la
conductividad térmica cuando la temperatura aumenta. Este fenómeno
es atribuido a la retrodifusión sobre los defectos del policristal:
juntas de granos, porosidades. En el caso de los revestimientos de
barrera térmica, por naturaleza policristalinos, el efecto radiante
sobre los procesos de transporte del calor es de segundo orden con
relación al efecto conductivo. Por consiguiente, para mejorar el
poder aislante de una barrera térmica, el parámetro pertinente que
conviene ajustar es el proceso de transporte por los fonones.
Existen varios métodos que permiten disminuir la
conductividad térmica del revestimiento. Estos métodos derivan del
hecho de que los revestimientos de barrera térmica son capas
cerámicas porosas y de que la conductividad térmica del
revestimiento es la de un conjunto heterogéneo de dos conductores
medios del calor; estos conductores medios son el propio material
cerámico, de conductividad intrínseca
\lambda_{intr}, y los poros o microfisuras del revestimiento
cuya conductividad es próxima a la del gas que los emplea en
condiciones de servicio.
La conductividad efectiva del revestimiento
\lambda_{réel}, está comprendida entre \lambda_{intr} Y la
conductividad del aire \lambda_{air}. Se puede, de hecho,
escribir que \lambda_{réel} es una función compleja de
\lambda_{intr}, \lambda_{air} y de la morfología del
revestimiento.
Una primera solución para obtener un
revestimiento de baja conductividad térmica consiste, en utilizar
una cerámica cuya composición cerámica es clásica, por ejemplo de
circonio parcialmente estabilizado mediante 6 a 8% en peso de óxido
itrio, y en modificar la morfología del revestimiento, es decir la
proporción, el reparto y la orientación de los poros y microfisuras
del revestimiento, o bien la disposición de la materia en forma de
columnas o de estratos, de manera que disminuya \lambda_{réel}.
Es posible llegar a este resultado modificando los parámetros de
depósito del revestimiento.
Una segunda solución consiste en buscar,
modificando la composición química del revestimiento, en disminuir
directamente \lambda_{intr}, sin alterar su morfología,
conservando las otras propiedades del revestimiento. Es bien
conocido por ejemplo que la introducción de itrina en el circonio
baja la conductividad térmica por la introducción de lagunas en la
red debido a las valencias diferentes de los iones de circonio y de
itrio. De manera general, la introducción de defectos puntuales en
la red, que actúan como centros de retrodifusión de los fonones,
contribuye a reducir la conductividad térmica. Es esta solución la
que se pone en práctica en la presente invención.
La solicitud de patente EP 0 825 271 A1 describe
un revestimiento cerámico a base de circonio que contiene dos
óxidos adicionales:
- un primer óxido cuya función es estabilizar la
forma tetragonal o cúbica del circonio. Este óxido puede ser el
óxido de itrio, de calcio, de magnesio, de indio, de escandio o de
iterbio,
- un segundo óxido, cuya función es reducir la
conductividad térmica debida a los fonones y que absorbe la energía
radiactiva en la banda de longitud de onda comprendida entre 0,3 y 5
\mum con el fin de disminuir la conductividad térmica debida a
los fotones.
En una versión alternativa, la capa cerámica a
base de circonio contiene tres óxido adicionales:
- un primer óxido cuya función es estabilizar la
forma tetragonal o cúbica del circonio. Este óxido puede ser el
óxido de itrio, de calcio, de magnesio, de indio, de escandio o de
iterbio,
- un segundo óxido, cuya función es reducir la
conductividad térmica debida a los fonones y
- un tercer óxido que absorbe la energía
radiactiva en la banda de longitud de onda comprendida entre 0,3 y
5 \mum con el fin de disminuir la conductividad térmica debida a
los fotones.
Las composiciones propuestas en esta patente son
complejas y costosas.
El objeto de la invención es determinar una
nueva composición de cerámica a base de circonio que permite
obtener un revestimiento de barrera térmica de menor conductividad
térmica que el circonio con itrio habitualmente utilizado para los
sistemas de aislamiento térmico y en particular para las barreras
térmicas.
Para ello, la invención consiste en elaborar una
nueva composición de barrera térmica, constituida por una base de
circonio, y por un óxido de disprosio que permite a la vez
estabilizar el circonio y reducir la conductividad térmica
intrínseca de la cerámica por la introducción de defectos puntuales
en la red, preservando sus otras características principales tales
como, por ejemplo la naturaleza de las fases, el coeficiente de
dilatación, la refractariedad.
De acuerdo con la invención, la composición de
barrera térmica de baja conductividad térmica está caracterizada
porque está compuesta de una base de circonio, de un óxido de
disprosio, teniendo el óxido de disprosio una doble función de
estabilizar el circonio y de disminuir la conductividad térmica por
fonones del circonio, y un óxido un ión metálico tetravalente que
tiene una masa atómica superior a la del circonio, siendo este
óxido el dióxido de hafnio. Ventajosamente, la proporción del ión
disprosio en el revestimiento está comprendida entre 2 y 30%
atómico.
Opcionalmente, para reducir más la conductividad
térmica de la cerámica, el circonio contiene además entre cero y
30% en moles de un óxido contiene un ión metálico tetravalente de
masa superior a la del ión circonio, siendo este óxido el dióxido
de hafnio.
La invención se refiere también a una pieza
mecánica de superaleación que comprende un revestimiento de cerámica
que tiene una nueva composición tal como la descrita
anteriormente.
Ventajosamente, el revestimiento de cerámica es
depositado sobre una sub-capa de unión constituida
por una aleación apta para formar una capa de alúmina protectora.
La aleación puede ser por ejemplo del tipo MCrAlY, siendo M un
metal elegido entre el níquel, el cobalto, el hierro o una mezcla de
estos metales; la aleación puede igualmente ser un aluminiuro de
níquel que contiene eventualmente uno o varios metales elegidos ente
el cromo y/o los metales preciosos tales como el platino, el
paladio, el rutenio, el iridio, el osmio, el rodio, o una mezcla de
estos metales.
La invención se refiere finalmente a un método
de realización de un revestimiento de barrera térmica sobre un
substrato de superaleación que comprende las etapas siguientes:
- depositar una sub-capa de
unión sobre el substrato de superaleación,
- depositar sobre la sub-capa,
un revestimiento de cerámica que comprende circonio y un óxido de
disprosio para estabilizar el circonio y reducir la conductividad
térmica por fonones del circonio, y hasta un 30% en moles de
dióxido de hafnio.
Otras particularidades y ventajas de la
invención se harán claramente evidentes a lo largo de la descripción
dada a título de ejemplo no limitativo y hecha a la vista de las
figuras adjuntas que representan:
La figura 1: una pieza mecánica de superaleación
que comprende un revestimiento de cerámica, de acuerdo con la
invención.
La figura 2: los valores comparativos de la
conductividad térmica obtenida a diferentes temperaturas para un
revestimiento de barrera térmica que comprende una cerámica de
circonio y un óxido disprosio y para un revestimiento de barrera
térmica que comprende una cerámica clásica.
La pieza mecánica representada en la figura 1
comprende un revestimiento de barrera térmica 1 depositado sobre un
substrato 2 de superaleación, tal como las superaleaciones a base de
níquel y/o de cobalto. El revestimiento de barrera térmica 1
comprende una sub-capa metálica 3 depositada sobre
el substrato 2 de acuerdo con un procedimiento conocido en el
estado de la técnica y una cerámica 4 de nueva composición, de
acuerdo con la invención, depositada sobre la
sub-capa.
La sub-capa 3 puede ser una
aleación alumino-formadora resistente a la corrosión
por óxido de tipo MCrAlY (M = Ni y/o Co y/o Fe) o un aluminiuro de
níquel o de cobalto modificado o no añadiéndole cromo y/o uno o
varios metales preciosos elegidos entre el platino, el paladio, el
rutenio, el iridio, el osmio, el rodio.
La cerámica 4 está constituida por una base de
circonio y por un óxido de disprosio que permite estabilizar el
circonio y que presenta, de manera sorprendente, el interés de
disminuir la conductividad térmica de la cerámica en proporciones
mucho más importantes que los otros óxidos utilizados clásicamente.
Para obtener una conductividad térmica aun más baja, la cerámica
puede comprender, además, un óxido metálico adicional que comprende
un ión metálico tetravalente que tiene una masa atómica superior a
la del ión circonio.
El ión metálico tetravalente es el hafnio.
(No de acuerdo con la
invención)
Con el fin de evaluar el interés del óxido de
disprosio en su doble función de estabilizador del circonio y de
óxido que reduce notablemente la conductividad de este último
disminuyendo la conductividad debido a los fonones en el material,
se ha realizado la experiencia siguiente:
Se han sintetizado polvos cerámicos con las tres
composiciones siguientes:
- 1.
- ZrO_{2} + 4 mol % Y_{2}O_{3}
- 2.
- ZrO_{2} + 4 mol % Dy_{2}O_{3}
- 3.
- ZrO_{2} + 12 mol % Dy_{2}O_{3}
\vskip1.000000\baselineskip
Estos polvos han sido sinterizados a alta
temperatura, sin añadir ningún agente de sinterización, de manera
que se obtienen pastillas densas con niveles equivalentes de
porosidad residuales. La conductividad térmica de estas pastillas
ha sido determinada por medio de una medición de difusividad térmica
por un método flash a temperatura ambiente. Para efectuar esta
medición, la muestra es irradiada sobre su cara delantera por una
breve impulsión térmica. El registro de la evolución de la
temperatura de la cara trasera de la muestra permite deducir el
valor experimental de la difusividad térmica. Con el fin de evaluar
la conductividad del material perfectamente denso, designado
\lambda_{intr}, esta conductividad ha sido corregida de la
porosidad residual total de las pastillas. Los resultados se
reproducen en la tabla siguiente:
Estas mediciones muestran el efecto positivo
sobre la conductividad térmica de la sustitución del óxido de itrio
por el óxido de disprosio de acuerdo con la invención. Puede así
alcanzarse una ganancia próxima al 40% en conductividad a
temperatura ambiente.
(No de acuerdo con la
invención)
Una pieza de aleación Hastelloy X es utilizada
como substrato. Es revestida con una sub-capa
metálica de tipo MCrAlY de acuerdo con un procedimiento conocido.
Un revestimiento de cerámica de acuerdo con la invención es a
continuación depositado por evaporación en haces de electrones sobre
la sub-capa. La composición del revestimiento de
cerámica es la siguiente:
- ZrO_{2}:
- base
- Dy_{2}O_{3}: 29,2%
- en peso
\vskip1.000000\baselineskip
Tras la operación de depósito, la pieza
revestida sufre un tratamiento térmico de estabilización de 2 horas
a 1080ºC en vacío.
El revestimiento cerámico de estructura de
columnas propio para el procedimiento de realización presenta una
masa volumétrica de 4800 kg/m^{3} y un espesor de 190 \mum.
El estudio de la estructura cristalográfica del
revestimiento por difracción de los rayos X muestra que está
compuesto al 100% por la fase cúbica y que esta fase permanece
estable después de 100 horas de exposición a 1250ºC.
La conductividad térmica del revestimiento
cerámico ha sido determinada como en el ejemplo 1, pero a
temperaturas que varían entre 20ºC y 110ºC. En este caso, no se ha
aplicado ninguna corrección a la porosidad del revestimiento. Los
valores de conductividad térmica de esta cerámica han sido
comparados a los obtenidos sobre la cerámica clásica de composición
ZrO_{2}- 8% Y_{2}O_{3} elaborada de acuerdo con el mismo
procedimiento, con el fin de evaluar la ganancia en conductividad
obtenida gracias a la invención. Se ha verificado que las dos
cerámicas poseen la misma microestructura con el fin de asegurar que
la diferencia en conductividad térmica entre los dos materiales
proviene de su diferencia de composición y no de una diferencia de
microestructura.
Los valores comparativos de la conductividad
térmica obtenida a diferentes temperaturas para un revestimiento
que comprende una cerámica de nueva composición de acuerdo con la
invención y para un revestimiento que comprende una cerámica
clásica se representan en la figura 2.
La conductividad térmica medida para la cerámica
de nueva composición es igual a 1,08 W/m.K a 20ºC mientras que para
la cerámica clásica, la conductividad térmica medida es igual a 2,19
W/m.K. A esta temperatura de 20ºC, la cerámica de nueva composición
permite por consiguiente disminuir la conductividad térmica un
factor dos.
Igualmente, si se comparan las conductividades
térmicas medidas a 110ºC, la cerámica de nueva composición permite
disminuir la conductividad térmica un factor igual a 1,53.
Esta figura muestra por consiguiente que a
cualquier temperatura, la conductividad térmica es netamente más
baja para la cerámica de nueva composición que para la cerámica
clásica.
(No de acuerdo con la
invención)
Un revestimiento cerámico es depositado mediante
proyección de plasma sobre una pieza Hastelloy X previamente
revestida de una sub-capa metálica de tipo MCrAlY.
La composición del revestimiento cerámico es la siguiente:
- ZrO_{2}:
- base
- Sy_{2}O_{3}: 11,2%
- en peso
El revestimiento bruto de proyección ha sufrido
a continuación un tratamiento térmico de 10 horas a 1100ºC al aire,
con el fin de estabilizar la cerámica en un estado representativo de
su utilización en servicio (este tratamiento permite en particular
restituir la estequiometría de los óxidos presentes en la cerámica).
Tras el tratamiento, el revestimiento de acuerdo con la invención
presenta una relación de porosidad muy cercana a la medida
clásicamente para una cerámica de composición ZrO_{2} - 8% en peso
Y_{2}O_{3}, elaborada de acuerdo con el mismo procedimiento, a
saber aproximadamente 8,5% de porosidad.
Con el fin de evaluar la influencia de esta
nueva composición de cerámica sobre la conductividad térmica del
revestimiento cerámico con relación a la cerámica clásica de
composición ZrO_{2} - 8% en peso Y_{2}O_{3} elaborada de
acuerdo con el mismo procedimiento, se ha verificado igualmente que
los dos revestimientos presentan la misma microestructura.
La conductividad térmica medida para el
revestimiento ZrO_{2} - 11,2% en peso Dy_{2}O_{3}, es de 0,81
W/m.K para el revestimiento de cerámica clásica. La cerámica de
nueva composición descrita en este ejemplo aporta por consiguiente
una ganancia de más de 30% sobre el poder aislante de la
cerámica.
En estos ejemplos de realización descritos
precisamente la sub-capa de unión puede estar
constituida por otra aleación tal como por ejemplo el aluminiuro de
níquel simple o modificado por metales tales como el cromo, el
platino, el paladio, el rutenio, el iridio, el osmio, el rodio. El
circonio contiene además entre 0 y 30% en moles de un óxido que
contiene un ión metálico tetravalente de masa superior a la del ión
circonio, siendo este óxido el dióxido de hafnio. La pieza
revestida puede estar realizada de otra superaleación distinta del
Hastelloy X.
Claims (10)
1. Composición de barrera térmica de baja
conductividad térmica, caracterizada porque consiste en:
- \bullet
- una base de circonio,
- \bullet
- un óxido de disprosio que tiene una doble función de estabilizar el circonio y de disminuir la conductividad térmica del circonio
- \bullet
- y un óxido de un ión metálico tetravalente que tiene una masa atómica superior a la del circonio, siendo este óxido el dióxido de hafnio.
2. Composición de barrera térmica de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizada porque la proporción de
disprosio en el revestimiento está comprendida entre 2 y 30%
atómico.
3. Composición de barrera térmica de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizada porque la proporción de
óxido de ión metálico tetravalente representa hasta 30% en
moles.
4. Pieza mecánica de superaleación,
caracterizada porque comprende un revestimiento de cerámica
que tiene una composición de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes.
5. Pieza mecánica de superaleación de acuerdo
con la reivindicación 4, caracterizada porque comprende
además una sub-capa de unión sobre la cual se
deposita el revestimiento cerámico.
6. Pieza mecánica de superaleación de acuerdo
con la reivindicación 5, caracterizada porque la
sub-capa está constituida por una aleación apta
para formar una capa de alúmina protectora mediante oxidación.
7. Pieza mecánica de superaleación de acuerdo
con la reivindicación 6, caracterizada porque la
sub-capa de unión está constituida por una aleación
de tipo MCrAlY, siendo M un metal elegido entre el níquel, el
cobalto, el hierro, o una mezcla de estos metales.
8. Pieza mecánica de superaleación de acuerdo
con la reivindicación 6, caracterizada porque la
sub-capa de unión está constituida por un
aluminiuro de níquel que contiene eventualmente un metal elegido
entre el platino, el cromo, el paladio, el rutenio, o una mezcla de
estos metales.
9. Método de realización de un revestimiento de
barrera térmica sobre un substrato de superaleación,
caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
- \bullet
- depositar una sub-capa de unión sobre el substrato de superaleación,
- \bullet
- depositar sobre la sub-capa, un revestimiento de cerámica que contiene circonio, un óxido de disprosio para estabilizar el circonio y reducir la conductividad térmica por fonones del circonio y hasta 30% en moles de dióxido de hafnio.
10. Método de realización de un revestimiento de
barrera térmica de acuerdo con la reivindicación 9,
caracterizada porque comprende una etapa suplementaria que
consiste en oxidar la sub-capa de unión previamente
al depósito del revestimiento cerámico.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9911565A FR2798654B1 (fr) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | Composition de barriere thermique de faible conductivite thermique, piece mecanique en superalliage protegee par un revetement de ceramique ayant une telle composition, et methode de realisation du revetement de ceramique |
| FR9911565 | 1999-09-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2317825T3 true ES2317825T3 (es) | 2009-05-01 |
Family
ID=9549898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00402538T Expired - Lifetime ES2317825T3 (es) | 1999-09-16 | 2000-09-14 | Composicion de barrera termica de baja conductividad termica, pieza mecanica de superaleacion protegida por un revestimiento de ceramica que tiene tal composicion y metodo de realizacion del revestimiento de ceramica. |
Country Status (8)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012146807A1 (es) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Universitat Jaume I De Castellón | Composición de recubrimiento de materiales metálicos |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3905724B2 (ja) * | 2001-06-13 | 2007-04-18 | 三菱重工業株式会社 | Ni基合金製部品の補修方法 |
| WO2002103074A1 (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating material and method for production thereof, gas turbine member using the thermal barrier coating material, and gas turbine |
| US20030118873A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-06-26 | Murphy Kenneth S. | Stabilized zirconia thermal barrier coating with hafnia |
| US6730422B2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-04 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coatings with low thermal conductivity |
| US7226672B2 (en) * | 2002-08-21 | 2007-06-05 | United Technologies Corporation | Turbine components with thermal barrier coatings |
| US6890668B2 (en) * | 2002-08-30 | 2005-05-10 | General Electric Company | Thermal barrier coating material |
| JP4616648B2 (ja) * | 2002-09-25 | 2011-01-19 | ボルボ エアロ コーポレイション | 遮熱コーティングおよびそのようなコーティングを適用する方法 |
| US7258934B2 (en) * | 2002-09-25 | 2007-08-21 | Volvo Aero Corporation | Thermal barrier coating and a method of applying such a coating |
| US6933061B2 (en) | 2002-12-12 | 2005-08-23 | General Electric Company | Thermal barrier coating protected by thermally glazed layer and method for preparing same |
| US7226668B2 (en) | 2002-12-12 | 2007-06-05 | General Electric Company | Thermal barrier coating containing reactive protective materials and method for preparing same |
| US6933066B2 (en) * | 2002-12-12 | 2005-08-23 | General Electric Company | Thermal barrier coating protected by tantalum oxide and method for preparing same |
| US6893750B2 (en) | 2002-12-12 | 2005-05-17 | General Electric Company | Thermal barrier coating protected by alumina and method for preparing same |
| JP3981033B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2007-09-26 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置 |
| FR2860790B1 (fr) * | 2003-10-09 | 2006-07-28 | Snecma Moteurs | Cible destinee a etre evaporee sous faisceau d'electrons, son procede de fabrication, barriere thermique et revetement obtenus a partir d'une cible, et piece mecanique comportant un tel revetement |
| US6887595B1 (en) | 2003-12-30 | 2005-05-03 | General Electric Company | Thermal barrier coatings having lower layer for improved adherence to bond coat |
| US6960395B2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-11-01 | General Electric Company | Ceramic compositions useful for thermal barrier coatings having reduced thermal conductivity |
| US7364802B2 (en) * | 2003-12-30 | 2008-04-29 | General Electric Company | Ceramic compositions useful in thermal barrier coatings having reduced thermal conductivity |
| US20050142393A1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-06-30 | Boutwell Brett A. | Ceramic compositions for thermal barrier coatings stabilized in the cubic crystalline phase |
| US6916561B1 (en) | 2003-12-30 | 2005-07-12 | General Electric Company | Thermal barrier coatings with lower porosity for improved impact and erosion resistance |
| US6875529B1 (en) | 2003-12-30 | 2005-04-05 | General Electric Company | Thermal barrier coatings with protective outer layer for improved impact and erosion resistance |
| US6858334B1 (en) | 2003-12-30 | 2005-02-22 | General Electric Company | Ceramic compositions for low conductivity thermal barrier coatings |
| US6869703B1 (en) | 2003-12-30 | 2005-03-22 | General Electric Company | Thermal barrier coatings with improved impact and erosion resistance |
| EP1564537A1 (de) * | 2004-02-17 | 2005-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Zerstörungfreie Überwachung mikrostruktureller Veränderungen eines Bauteils ( Schichtsystem, Turbinenschaufeln, Brennkammerauskleidung ) |
| US20050238894A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Gorman Mark D | Mixed metal oxide ceramic compositions for reduced conductivity thermal barrier coatings |
| US7255940B2 (en) | 2004-07-26 | 2007-08-14 | General Electric Company | Thermal barrier coatings with high fracture toughness underlayer for improved impact resistance |
| US7166373B2 (en) * | 2004-08-19 | 2007-01-23 | General Electric Company | Ceramic compositions for thermal barrier coatings with improved mechanical properties |
| US7326468B2 (en) | 2005-01-21 | 2008-02-05 | General Electric Company | Thermal/environmental barrier coating for silicon-comprising materials |
| US7115327B2 (en) | 2005-01-21 | 2006-10-03 | General Electric Company | Thermal/environmental barrier coating with transition layer for silicon-comprising materials |
| US20060211241A1 (en) | 2005-03-21 | 2006-09-21 | Christine Govern | Protective layer for barrier coating for silicon-containing substrate and process for preparing same |
| US20060210800A1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-09-21 | Irene Spitsberg | Environmental barrier layer for silcon-containing substrate and process for preparing same |
| US20060242951A1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-02 | Caterpillar Inc. | Refractory material retention device |
| US7442444B2 (en) * | 2005-06-13 | 2008-10-28 | General Electric Company | Bond coat for silicon-containing substrate for EBC and processes for preparing same |
| US20060280955A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-14 | Irene Spitsberg | Corrosion resistant sealant for EBC of silicon-containing substrate and processes for preparing same |
| US20060280954A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-14 | Irene Spitsberg | Corrosion resistant sealant for outer EBL of silicon-containing substrate and processes for preparing same |
| US7354651B2 (en) * | 2005-06-13 | 2008-04-08 | General Electric Company | Bond coat for corrosion resistant EBC for silicon-containing substrate and processes for preparing same |
| NO2133572T3 (es) | 2008-06-12 | 2018-04-14 | ||
| US20110033284A1 (en) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | United Technologies Corporation | Structurally diverse thermal barrier coatings |
| US9051652B2 (en) * | 2009-12-07 | 2015-06-09 | United Technologies Corporation | Article having thermal barrier coating |
| US9719353B2 (en) | 2011-04-13 | 2017-08-01 | Rolls-Royce Corporation | Interfacial diffusion barrier layer including iridium on a metallic substrate |
| US11479846B2 (en) | 2014-01-07 | 2022-10-25 | Honeywell International Inc. | Thermal barrier coatings for turbine engine components |
| EP2918705B1 (en) | 2014-03-12 | 2017-05-03 | Rolls-Royce Corporation | Coating including diffusion barrier layer including iridium and oxide layer and method of coating |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3525597A (en) * | 1968-11-13 | 1970-08-25 | Us Air Force | Transparent zirconia and process for making same |
| JPH0621040B2 (ja) * | 1985-07-23 | 1994-03-23 | 川崎製鉄株式会社 | 高純度ジルコニア粉末の製造方法 |
| US4891343A (en) * | 1988-08-10 | 1990-01-02 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Stabilized zirconia |
| DE69700448T2 (de) * | 1996-06-13 | 2000-01-13 | Tosoh Corp., Shinnanyo | Material zur Gasphasenabscheidung |
| GB9617267D0 (en) * | 1996-08-16 | 1996-09-25 | Rolls Royce Plc | A metallic article having a thermal barrier coating and a method of application thereof |
| JPH1161438A (ja) * | 1997-08-27 | 1999-03-05 | Toshiba Corp | 遮熱コーティング部材及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-09-16 FR FR9911565A patent/FR2798654B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-09-06 CA CA2318612A patent/CA2318612C/fr not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-11 US US09/659,818 patent/US6333118B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-12 JP JP2000276378A patent/JP2001151571A/ja active Pending
- 2000-09-14 AT AT00402538T patent/ATE422565T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-09-14 EP EP00402538A patent/EP1085109B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-14 ES ES00402538T patent/ES2317825T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-14 DE DE60041526T patent/DE60041526D1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012146807A1 (es) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Universitat Jaume I De Castellón | Composición de recubrimiento de materiales metálicos |
| ES2391511A1 (es) * | 2011-04-29 | 2012-11-27 | Universitat Jaume I De Castellon | Composicion de recubrimiento de materiales metalicos |
Also Published As
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