Barriere termiche per sopportare il calore
Le barriere termiche (TBC) proteggono dai gas ad alta temperatura le superfici metalliche dei componenti dei motori con turbina a gas avanzati. Possono essere formate da due o più strati, in ceramica avanzata, che mostrano una bassissima conducibilità termica, e dal cosiddetto bond coat tra lo strato ceramico e quello metallico sottostante. Il bond coat offre protezione dall'ossidazione e dalla corrosione a caldo al sostrato in superlega. L'ossidazione dell'alluminio contenuto nel bond coat forma ossidi a crescita termica o TGO. Come strato isolante viene usata la zirconia stabilizzata con yttria (YSZ), depositata mediante i processi di metallizzazione con arco-plasma e deposizione fisica da fase vapore a fascio di elettroni (EBPVD). Gli zirconati a terre rare e gli zirconi codrogati si sono affacciati come alternative alla YSZ per via del loro alto punto di fusione, la bassa conducibilità termica, la stabilità di fase ad alta temperatura e la buona resistenza alla sinterizzazione. Il gruppo di ricerca interdisciplinare HIPERCOAT ha unito le forze in un'azione intesa a chiarire i meccanismi complessi e le dinamiche di questi materiali, in cerca di resistenza alla corrosione potenziata e di stabilità di microstruttura. La spallazione, ossia la perdita di rivestimento, è un meccanismo di cedimento comune delle TBC e si verifica dopo un numero critico di cicli termici, per via dello stress termico, dell'erosione e/o della corrosione. I cedimenti da spallazione spesso si verificano per propagazione delle incrinature o immediatamente sopra l'interfaccia TGO/TBC. Per questo motivo, è stato usato un interstrato di YSZ dello spessore di 50 µm tra un nuovo materiale TBC e TGO, che agisce efficacemente da barriera di diffusione a temperature fino a 1200° C. La microscopia analitica elettronica a trasmissione non ha mostrato masse significative o interdiffusione alla superficie di giunzione tra i nuovi materiali TBC basati su zirconati a terre rare e TGO. Inoltre lo zirconato è ottenuto in forma epitassiale sulle colonne di YSZ per deposizione EB-PVD, senza causare perturbazioni alla microstruttura. L'integrità di questa interfaccia ne suggerisce la durata di ciclo in ciclo termico. HIPERCOAT fa così progredire la base della scienza per barriere termiche multifunzionali, ponendosi alla guida dell'evoluzione nel campo, e le applicazioni industriali sono assai numerose.
