Barreras térmicas para hacer frente al calor
Los recubrimientos de barrera térmica (TBC) se emplean para proteger las superficies metálicas de gases a temperaturas altas en componentes de motores con turbinas de gas avanzadas. Se trata de configuraciones de capas dobles o múltiples que emplean cerámica avanzada, la cual muestra una conductividad térmica muy baja, y la llamada capa de unión (bond coat) entre el material cerámico y el metal subyacente. Dicha capa de unión protege al sustrato de superaleación de la oxidación y la corrosión causada por el calor. La oxidación del aluminio contenido en la capa de unión forma un óxido térmico (TGO). La zirconia estabilizada con itria (YSZ) se utiliza como capa aislante, depositada mediante procesos de rociado de plasma y deposición física en fase vapor con haz de electrones (EB-PVD). Los zirconatos de tierras raras y las zirconias codopadas han surgido como alternativas a la YSZ gracias a su elevado punto de fusión, baja conductividad térmica, estabilidad de fases a temperaturas elevadas y buena resistencia a la sinterización. El grupo de investigación interdisciplinario HIPERCOAT unió fuerzas en su empeño por dilucidar los complejos mecanismos y la dinámica de estos materiales, en búsqueda de mejorar la resistencia a la erosión y la estabilidad microestructural. La espalación (la pérdida del recubrimiento) es un mecanismo común de fallo del TBC que sucede habiendo trascurrido un número crítico de ciclos térmicos a causa de la tensión térmica, la erosión y/o la corrosión. El fallo de la espalación ocurre con frecuencia por la propagación de grietas en la superficie de contacto entre el TBC y el óxido térmico crecido, o inmediatamente encima de dicha superficie. A causa de esto se ha utilizado un intercalador de YSZ de un grosor de 50 µm entre un material novedoso de TBC y el óxido térmico crecido; este intercalador ha actuado eficazmente como barrera contra la difusión a temperaturas de hasta 1200 °C. El análisis con microscopio electrónico de transmisión no mostró la presencia de ninguna interdifusión significativa en masa ni en contornos entre los materiales de TBC novedosos, basados en zirconatos de tierras raras, y el óxido térmico crecido. Además, el zirconato crece epitaxialmente sobre las columnas de YSZ, a partir de la deposición EB-PVD, lo que no causa perturbaciones microestructurales. La integridad de esta superficie de contacto es prueba de su durabilidad ante los ciclos térmicos. HIPERCOAT amplía las bases científicas de los recubrimientos multifuncionales para temperaturas elevadas y orienta la evolución futura de este campo. Las aplicaciones son numerosas en diversos sectores industriales.
