Ricerca sui materiali di rivestimento per prolungare la vita utile dei motori
Le superleghe al nichel hanno contribuito in misura notevole alla capacità delle moderne turbine a gas di lavorare a temperature sensibilmente vicine a quelle di fusione e di sopportare importanti carichi meccanici. L'aggiunta di rivestimenti termici (TBC) ha ulteriormente migliorato la capacità delle superleghe di tollerare esposizioni ripetute e prolungate in ambienti operativi corrosivi ad alte temperature. I TBC includono ceramiche avanzate come zirconia stabilizzata con yttria (che mostra una conducibilità termica estremamente bassa) e un substrato (bond coat) che protegge il sottostante strato metallico dall'ossidazione e dalla corrosione. Il lavoro di ricerca condotto nell'ambito del progetto HIPERCOAT ha inteso sfruttare i possibili miglioramenti della capacità termica dei substrati a base di rutenio definendo un appropriato percorso di lavorazione per la loro fabbricazione. È stata dettagliatamente esaminata l'evoluzione microstrutturale in varie fasi del processo di rivestimento dei substrati al rutenio e platino. Per pilotare l'evoluzione dei materiali di substrato e valutarne le possibilità è stata creata una base scientifica. Gli scienziati dell'università del Michigan hanno prodotto strati formati da una lega di rutenio con aggiunta di alluminio, grazie all'interdiffusione in fase vapore di alluminio e nichel dal substrato. Una serie di esperimenti di diffusione ha mostrato che la disposizione degli strati dipende dai processi con rivestimenti di substrato a bassa concentrazione di rutenio, che danno origine a uno strato superiore NiAl con uno strato interno RuAl. Per personalizzare le proprietà dei sempre migliori rivestimenti termici, sono necessarie ulteriori informazioni sulla stabilità di fase e le caratteristiche di diffusione dell'aggiunta di rutenio alle superleghe a strato singolo a base di nichel. La modellizzazione globale dell'evoluzione delle sollecitazioni e di altri meccanismi di deformazione in queste strutture multistrato durante il ciclo termico sarà un elemento fondamentale per prevedere la durata di vita del sistema di rivestimento.