Microstructural Behaviour of Protective AlSi Coating under Thermal Load

Comportamiento microestructural del revestimiento protector AlSi bajo carga térmica

Los álabes de las turbinas de los motores de los aviones están expuestos a altas temperaturas, alta estática, tensiones variables y fuertes cargas térmicas cíclicas durante su funcionamiento. Los álabes investigados se originan en el motor DV2 que está destinado a un avión de combate de entrenamiento ligero, donde se producen cambios repentinos del estado de transición del motor, principalmente durante las maniobras de vuelo. En estas condiciones, el motor puede sufrir un funcionamiento inestable como consecuencia de una sobrecarga o un fallo del sistema de combustible durante varios segundos. Estas características indeseables del motor hacen que se exceda el valor crítico de la temperatura del gas de salida T4,C y que los daños de los álabes de la turbina sean extensos debido a la degradación o a la pérdida total de la capa protectora. Un exceso de corta duración (5 a 20 s) de la temperatura de funcionamiento T4C de hasta varias decenas de grados degrada las capas superficiales de los álabes y reduce su vida útil en comparación con la vida útil prevista de 1500 horas de vuelo. Este trabajo se ocupa de la degradación de la capa protectora de las palas del rotor de la turbina de alta presión (HPT) bajo la condición de que la temperatura de las palas alcance la temperatura de los gases salientes. Los álabes se calentaron en el laboratorio, la temperatura de los álabes se midió con un termopar de platino y rodio. La degradación del revestimiento se analizó con un microscopio electrónico de barrido. El objetivo del trabajo era obtener nuevos logros del comportamiento del revestimiento de AlSi a altas temperaturas sin medio corrosivo.

1. Introducción

En los próximos años, los motores de turbina de gas tendrán el potencial de alcanzar nuevas alturas de eficiencia y vida útil y los ingenieros tendrán que diseñar nuevos tipos de revestimientos protectores. El revestimiento y el sustrato previstos forman un continuo.

Hay que tener en cuenta dos criterios básicos: la capacidad del revestimiento para proteger el componente de la degradación y la capacidad del revestimiento para retener, a largo plazo, sus propiedades protectoras en el entorno agresivo [1, 2]. La eficiencia en las turbinas de gas se da principalmente por el aumento de la temperatura del gas que llega a la turbina del motor [1, 3]. Además de las altas temperaturas y sus cambios que resultan en el aumento del gradiente de temperatura, el motor funciona bajo alta presión, enormes tensiones y en presencia de una atmósfera corrosiva y de oxidación. Durante el funcionamiento, los materiales de los componentes del motor sufren degradación. Los modos de fallo de alta temperatura inducidos por el medio ambiente son:

- Oxidación a alta temperatura;

- Corrosión en caliente;

- Espalación;

- Angustia mecánica;

- Difusión de estado sólido;

- Agrietamiento por fatiga termomecánica.