Recubrimientos contra la corrosión a alta temperatura para componentes de turbinas de gas

Abstract

Los componentes de las zonas calientes de las turbinas de gas están hechos de superaleaciones desarrolladas para soportar altas temperaturas, en condiciones en que las tensiones mecánicas son relativamente altas y en las que se requiere una alta estabilidad superficial. Sin embargo, durante la década de 1950-60, se hizo evidente que las composiciones que aumentaban la resistencia mecánica de estos materiales y aquellas que ofrecían una óptima protección contra ambientes agresivos no eran compatibles. Esto, condujo a la idea de emplear recubrimientos protectores sobre materiales con alta resistencia mecánica. En la actualidad, tanto las turbinas aeronáuticas como las de generación eléctrica funcionan a temperaturas comprendidas entre 900 y 1.400 °C, gracias al uso de estos recubrimientos, indispensables para su correcto funcionamiento. En este trabajo, se describen los principales mecanismos de degradación en estos ambientes, los distintos tipos de recubrimientos actualmente utilizados por el sector industrial, empezando por los más antiguos aluminuros de níquel o cobalto, siguiendo con las adiciones de otros metales como cromo, platino, etc., a estos últimos, para incrementar su vida útil, continuando con los recubrimientos en capa MCrAlY y terminando por las barreras térmicas. También, se describen las técnicas de deposición empleadas por la industria para depositar estos recubrimientos y se concluye con las últimas líneas de investigación en curso para optimizarlos.

Hot section gas turbine components are made of superalloys, developed to withstand high temperatures in conditions in which mechanical stresses are high and that require high surface stability. However, during the 50s it became evident that compositions resulting in high mechanical strength for these materials were not compatible with those offering optimal protection from the working environments. The idea of employing protective coatings over materials with high mechanical strength resulted therefore from this situation. Presently, both aeronautic and power generation turbines operate at temperatures within the 900-1400 °C, thanks to these coatings, indispensable for their correct operation. In this work, the principal degradation mechanisms in these operating conditions and the different type of coatings presently employed by the industrial sector are described, beginning by the oldest Ni or Co aluminides, following with the addition of other metals such as Pt, Cr, etc. to the former coatings in order to increase their useful life, continuing with the overlay MCrAlY coatings and finishing with the thermal barrier coating systems. Moreover, the corresponding deposition techniques industrially employed to deposit these coatings are described, and finally, an insight of the latest research lines currently being developed is also included.