Avaliação da resistência à erosão a quente de revestimentos cerâmicos YSZ depositados por aspersão térmica

• Main Author: Góes, Wellington Uczak de
• Other Authors: Pukasiewicz, Anderson Geraldo Marenda
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2017
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Revestimento em cerâmica; Aspersão térmica; Engenharia mecânica; Ceramic coating; Metal spraying; Mechanical engineering; Engenharia Mecânica
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2438

Lactec === O presente trabalho tem por objetivo principal estudar o comportamento à erosão a quente de revestimentos cerâmicos YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) depositados por aspersão térmica a plasma. Os revestimentos YSZ, cuja função é diminuir a transferência de calor em componentes submetidos à elevadas temperaturas, são depositados sobre uma camada de revestimento metálico de NiCrAlY (níquel, cromo, alumínio e ítria), com a função de proteger contra a oxidação. A união destes revestimentos formam o revestimento do tipo TBC (Thermal Barrier Coating), normalmente aplicado para a proteção de componentes de turbinas a gás contra a ação da elevada temperatura e oxidação do ambiente. Além das altas temperaturas esses revestimentos também podem ser submetidos ao impacto de partículas sólidas, oriundas da poeira, que passam pelos filtros, ou dos estágios de compressão ou câmara de combustão, vinda da queima do combustível, ocasionando o desgaste do revestimento. Para entender o fenômeno e suas implicações nos revestimentos YSZ, avaliou-se a resistência destes revestimentos frente ao desgaste erosivo à altas temperaturas, avaliando-se a influência de sua composição química, ângulo de incidência e temperatura. Os ensaios de erosão foram realizados entre 700 e 900ºC, sob diferentes ângulos de incidência entre 30º e 90º. Em todos os testes, a velocidade de impacto, fluxo de partículas e o abrasivo foram mantidos constantes, sendo que o teste teve embasamento na norma ASTM G 76. A superfície desgastada dos revestimentos foram avaliadas por meio de perfilometria ótica e microscopia eletrônica de varredura. Com as diferentes ligas comerciais, constatou-se que o revestimento YSZ 7Y 1,7Hf, menos poroso e mais aderente obteve uma maior resistência ao desgaste. O mecanismo de desgaste observado foi a partir da quebra e destacamento individual das lamelas do revestimento devido a intersecção de trincas. De forma geral, observou-se uma redução da perda de massa dos revestimentos com o aumento da temperatura, dentro das temperaturas utilizadas no trabalho. A taxa de erosão demonstrou ser diretamente proporcional aos perfis de rugosidade, dessa maneira uma diminuição da taxa de erosão acarreta uma diminuição da rugosidade do revestimento. Quanto ao efeito do ângulo de impacto, observou-se que o aumento do ângulo de incidência das partículas propiciou uma maior taxa de erosão. === The present work has the main objective to study the behavior of YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) deposited by thermal spraying exposed to solid particle hot erosion. The YSZ coatings, whose function is to decrease the heat transfer, are deposited over a metal coating layer of NiCrAlY (nickel, chromium, aluminum and yttrium), which has the function to protect against oxidation. The union of these layers form the coating of the type TBC (Thermal Barrier Coating), generally used for protection of gas turbine components against the action of elevated temperature and oxidizing environment. In addition to the high temperatures, these coatings can also be subjected to the impact of solid particles, that comes with the dust that pass through the filters, or that comes from the compression stages or combustion chamber and that comes from the fuel burns, leading to the wear of the coating. In order to understand the phenomenon and the implications of this for the application of coatings, it was evaluated the resistance of these coatings facing the erosive wear at high temperatures, evaluating the influence of the chemical composition, impingement angles and the temperature used. The tests were performed from 700 to 900 ºC, under different impingement angles of 30 º and 90 º. In all tests, the impact velocity, the flow and the abrasive particles were maintained constant, and the test was based in the ASTM G 76. The worn surfaces of the coatings were studied by optical profilometry and scanning electron microscopy. With the different commercial alloys, it was found that the YSZ 7Y 1,7Hf coating with lower porosity and more adherent coating obtained a higher wear resistance. The mechanism of mass loss observed was by individual rupture and detachment of the lamellae from the coating by the intersection of cracks. A reduction in the mass loss of the coatings was observed with the increasing of the temperature, within the temperatures used in the work. For the roughness of the coatings, the erosion rate was shown to be directly proportional, wherein with the decrease in erosion rate there was a reduction in the roughness of the coatings. As for the effect of the angle of impingement, it was observed that with the increase of the angle of impingement higher was the erosion rate.