Rivestimenti termici affidabili per ambienti estremi
I sistemi di protezione termica basati su rivestimenti a ossidi sono ampiamente usati nei motori a turbina a gas per la propulsione degli aeromobili e la generazione di energia termica. I vantaggi di questi rivestimenti stanno nella loro capacità di inibire la degradazione dei componenti in superlega che rivestono creando un gradiente termico. Per soddisfare la domanda emergente di riduzione delle emissioni di biossido di carbonio (CO2), l'applicazione di rivestimenti resistenti alle alte temperature a componenti a raffreddamento interno ha migliorato le efficienze termiche delle turbine a gas. Una equipe di un'università della California si è unito ad omologhi europei del progetto HIPERCOAT per esaminare i meccanismi che disciplinano la stabilità e affidabilità dei rivestimenti termici o TBC (Thermal barrier coating). Tali sistemi sono inerentemente metastabili, e la loro durata è limitata dalla loro suscettibilità all'erosione causata da impatti sequenziali di piccole particelle. La resistenza alla deformazione plastica è stata studiata con una nuova prova d'impressione messa a punto per i TBC con microstrutture colonnari create mediante tecniche di deposizione fisica da fase vapore a fascio di elettroni. Per testare l'indentazione sferica, il rivestimento campione era stato depositato su un sostrato rigido d'allumina e inserito in un sistema di carico servoidraulico ad alta temperatura. L'utilità dei dati sperimentali dipendeva da una procedura numerica per la deconvoluzione degli aspetti di risposta alle sollecitazioni per le misurazioni degli spostamenti di carico. Il metodo di modellizzazione chiarisce la portata della deformazione plastica e densificazione, e le distorsioni delle colonne causate dall'impressione. Esprimendo proprietà costitutive salienti come contatto e frizione intercolonnare, offre inoltre gli strumenti essenziali per la stima delle eterogeneità di deformazione osservate sperimentalmente. Anche se gli sforzi iniziali si sono concentrati sui rivestimenti termici, i risultati sono però applicabili ad una più ampia gamma di sistemi per i quali l'integrità strutturale deve essere mantenuta in avverse condizioni ambientali.
