Estudio y caracterización de las fases cuasicristalinas del sistema Al-Co-Cr-Fe y su posible aplicación como barreras térmicas

Resumen

Esta tesis doctoral es un trabajo que, desarrollando en ocho capítulos, estudia de forma exhaustiva, la aleación Al71Co13Cr8Fe8, aproximante cuasicristalino, y valora su posible utilización como recubrimiento de componentes aeronáuticos atendiendo a sus propiedades de barrera térmica. La aleación se analiza desde el punto de vista estructural y químico, tanto en forma de polvo, así como después de ser depositada sobre una superaleación de base níquel por proyección térmica por plasma. También se han obtenido películas delgadas amorfas en un ecaporador en vacío, que por calentamiento "in situ" en el portamuestras de alta temperatura del microscopio electrónico de transmisión, se transforman dando fase cristalinas y cuasicristalinas. Para la caracterización del material se han utilizado diferentes técnicas tales como la difracción de rayos X, el análisis térmico diferencial, el análisis por dispersión de energías y la microscopía electrónica de barrido y de transmisicón, siendo esta última la de mayor importancia pues nos ha permitido obtener imágenes de alta resolución y diagramas de difracción de electrones. Tanto en el material en forma de polvo, como en el recubrimiento, se ha identificado una fase con estructura tipo Al5Co2, aproximante cuasicristalino, hexagonal, con unas dimensiones de a=0.766 nm y c=0.775 nm y de composición Al5CoCr0,5Fe0,5. También se ha identificado otra fase con estructura del tipo AlgCr4, cúbica centrada en el cuerpo (b.c.c.), con un parámetro de celda de a=0.912 nm y de composición Al9Cr3Cr0Fe0,5. La fase decagonal sólo se ha podido identificar como parte de la estructura de algunos granos, con una composición de Al5CoCr0,5 y una periodicidad de 1.2 nm a lo largo del eje c. Por otro lado, los recubrimientos obtenidos por proyección térmica por plasma, poseen unos valores de difusividad (10-6 nm2/s) y conductividad térmica (2.3 W/moK), bajos, como los que se exigen a una barrera térmica. Probetas de sustrato recubierto y sometidas a tratamiento térmico (950ºC/24 horas) presentaron a parte de las fases indicadas anteriormente, la fase cristalina NiAl, sin propiedades de barrera térmica, cuyo avance en detrimetro de la fase Al5Co2, puede hacer que el recubrimiento no proteja adecuadamente. En cuanto a las películas amorfas, que no reprodujeron la composición de partida, incorporaron oxígeno a su estructura y con posterioridad a su calentamiento en el microscopio, de transmisión, presentaron una fase cristalina, aproximante monoclínico, del tipo Al12Co4, de composición Al13CoCr1,5Fe0,5 con una celda unidad de a=1.65 nm; b=0.84 nm; c=1.23nm y beta=108º y una fase cuasicristalina decagonal de composición Al59Cr10Fe2O28 y una periodicidad de 1.2 nm. Esta última fase se puede considerar como un hito en este estudio, ya que es nueva, nunca antes referenciada. Ha sido una de las primeras veces que se ha observado la presencia de oxígeno en la estructura de una cuasicristal