Recubrimientos ceramicos nanoestructurados de alumina titania comportamiento mecanico y corrosion a alta temperatura

Résumé

TESIS TÍTULO DE LA TESIS: Recubrimientos cerámicos nanoestructurados de alúmina - titania: comportamiento mecánico y corrosión a alta temperatura. RESUMEN: En esta tesis se ha estudiado en detalle el comportamiento mecánico, tribológico y frente a la corrosión a alta temperatura de un recubrimiento nanoestructurado del sistema Al203 - 13% Ti02 fabricado mediante proyección por plasma atmosférico. Se ha comparado con un recubrimiento convencional, empleado actualmente en la industria, de composición similar al nanoestructurado. La microestructura se caracteriza por presentar dos zonas diferenciadas. La primera procede de la fusión completa de las partículas cerámicas. Presenta la morfología típica de los recubrimientos fabricados mediante proyección térmica, es decir, una estructura laminar resultante del aplastamiento de la partícula fundida durante el impacto con el substrato. La segunda región mícroestructural, que es la responsable de las mejoras observadas en el nanorecubrimiento, procede de la fusión parcial de los aglomerados nanoestructurados y presenta la estructura típica de un material compuesto en el que el refuerzo son nanopartículas de a - Al203. La zona completamente fundida es microestructuralmente equivalente a la del recubrimiento convencional. Por tanto, el recubrimiento nanoestructurado presenta una microestructura jerarquizada. Los ensayos de indentación instrumentada realizados sobre los recubrimientos han permitido concluir que las zonas parcialmente fundidas son más duras y rígidas que la matriz completamente fundida que, a su vez, es mecánicamente indistinguible del recubrimiento convencional. La tenacidad de fractura del recubrimiento nanoestructurado es mayor que la del convencional. Este incremento se debe, probablemente, a los fenómenos de deflexión de grieta que se producen alrededor de las zonas parcialmente fundidas y a las tensiones residuales que se generan alrededor de las mismas como consecuencia del proceso de fabricación. Las tasas de desgaste de los recubrimientos nanoestructurados son menores que las del recubrimiento convencional para todas las condiciones experimentales ensayadas. Se ha interpretado el comportamiento tribológico de los materiales en términos energéticos, relacionando el coeficiente adimensional de desgaste con la energía introducida en el tribosistema y la energía que es capaz de disipar el material en función del mecanismo de desgaste que se encuentre activo. De esta forma, el comportamiento de los dos recubrimientos pueden describirse por una misma función, pero las mejores propiedades mecánicas del recubrimiento nanoestructurado hacen que sus tasas de desgaste sean menores. Se ha evaluado el comportamiento frente a la corrosión a alta temperatura de los dos recubrimientos en atmósferas de aire y C02. Aunque el ataque con C02 es mucho más agresivo que con aire, en general, el comportamiento de los dos recubrimientos es similar, si bien el recubrimiento nanoestructurado presenta una ventaja sustancial cuando las condiciones se hacen muy exigentes (elevados tiempos de exposición o temperatura). Las capas de corrosión que se generan en las intercaras del sistema generan tensiones que pueden llegar a originar grietas cuando su espesor supera un valor critico. Estas grietas afloran a la superficie en el recubrimiento convencional permitiendo el acceso directo del gas agresivo al interior del sistema y acelerando la corrosión. Las grietas son detenidas por las zonas parcialmente fundidas en el recubrimiento nanoestructurado, lo que permite proteger de forma más eficiente el componente metálico.