BR112019026325B1 - Peça de turbomáquina, e, processo para fabricar uma peça de turbomáquina - Google Patents

Peça de turbomáquina, e, processo para fabricar uma peça de turbomáquina Download PDF

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Abstract

Uma peça de turbomáquina (20) revestida compreende um substrato (21) e uma camada para proteção contra os aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS (22) presentes no substrato (21). A camada de proteção (22) compreende uma primeira fase (220) de um material para proteção contra os aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS, capaz de formar uma fase tipo apatita ou anortita na presença de aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS, e uma segunda fase (221) que compreende partículas de pelo menos um silicato de terras raras REa dispersadas na primeira fase.

Description

Fundamentos da invenção
[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de revestimentos protetores usados para isolar termicamente peças em ambientes de alta temperatura como peças usadas em partes quentes de turbomáquinas aeronáuticas ou terrestres.
[002] A fim de aprimorar a eficácia de turbomáquinas, em particular das turbinas de alta pressão (HPT) para sistemas estacionário terrestres ou para propulsão aeronáutica, temperaturas cada vez mais altas estão sendo consideradas. Sob essas condições, os materiais usados, tais como ligas metálicas ou compósitos de matriz cerâmica (CMC), requerem proteção, principalmente para manter uma temperatura de superfície suficientemente baixa para garantir sua integridade funcional e limitar sua oxidação/corrosão pela atmosfera circundante.
[003] Proteções de “barreira térmica” (TB) ou “revestimento de barreira ambiental” (EBC) são pilhas de multicamadas complexas que geralmente consistem em um revestimento de ligação permitindo proteção contra oxidação/corrosão depositado sobre a superfície do material de base (ligas metálicas ou material compósito) do substrato, o próprio coberto por um revestimento cerâmico cuja função primária é limitar a temperatura de superfície dos componentes revestidos. A fim de garantir sua função de proteção contra oxidação/corrosão e promover a adesão do revestimento de cerâmica, o revestimento de ligação é pré-oxidado para formar uma camada de alumina densa em sua superfície chamada “óxido termicamente crescido” (TGO - thermally-grown oxide) no caso de barreiras térmicas. Tais sistemas de proteção são descritos em particular nos documentos D. R. Clarke, M. Oechsner, N. P. Padture, “Thermal-barrier coatings for more efficient gasturbine engines”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 892-898 e D. Zhu, R. A. Miller, “Thermal and Environmental Barrier Coatings for Advanced Propulsion Engine Systems”, NASA Technical Memorandum, 213129, 2004.
[004] A vida útil desses sistemas (TB e EBC) depende da resistência da pilha à ciclagem térmica, por um lado, e da resistência da camada externa a estresses ambientais (erosão por partículas sólidas, resistência química, corrosão, etc.), por outro lado.
[005] Em particular, esses sistemas degradam muito rapidamente quando expostos a um meio rico em partículas de areia ou de cinzas vulcânicas (rico em compostos inorgânicos do tipo sílica) comumente conhecido pelo nome genérico CMAS (para óxidos de Cálcio, Magnésio, Alumínio e Silício). A infiltração de CMAS fundido em uma barreira térmica ou ambiental geralmente resulta em degradação por: enrijecimento da camada infiltrada, levando a falha mecânica (delaminação); desestabilização por dissolução química da barreira térmica e formação de produtos recristalizados com diferentes propriedades mecânicas e/ou volumes.
[006] Para superar esse problema, as composições chamadas “anti- CMAS” foram desenvolvidas, que permite a formação de uma camada de barreira à prova d’água por reação química com CMAS, como descrito no documento C. G. Levi, J. W. Hutchinson, M. -H. Vidal-Sétif, C. A. Johnson, “Environmental degradation of thermal barrier coatings by molten deposits”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 932-941. As composições anti-CMAS usadas serão dissolvidas em CMAS para formar uma fase protetora densa com um ponto de fusão maior do que CMAS. No caso da família de zirconatos de terras raras, materiais anti-CMAS muito promissores, essa dissolução permite a formação de uma fase apatita de tipo Ca2RE8(SiO4)6O2 (RE = terras raras) que será bloqueada, mas também de fases “parasitas” ou secundárias do tipo zircônia parcialmente estabilizada (principalmente na forma fluorita), espinelas ou até mesmo silicatos de terras raras, como descrito nos documentos S. Kramer, J. Yang, C. G. Levi, “Infiltration-inhibiting reaction of gadolinium zirconate thermal barrier coatings with CMAS melts”, Journal of the American Ceramic Society, 91, 2008, pp 576-583 e H. Wang, “Reaction mechanism of CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) on lanthanide zirconia thermal barrier coatings”, PHD Thesis, Auburn University, EUA, 2016. No entanto, essas fases secundárias têm volumes e/ou propriedades termomecânicas ou mecânicas que podem reduzir o efeito benéfico do revestimento anti-CMAS.
[007] Portanto, há uma necessidade para uma peça de turbomáquina com uma camada de proteção contra CMAS que restrinja a zona de reação de CMAS às proximidades da superfície da camada protetora e limite a formação de fases secundárias.
Matéria e sumário da invenção
[008] O principal objetivo da presente invenção é, portanto, aumentar a capacidade de reação ou cinética de uma camada de proteção contra CMAS para formar uma camada ou fase bloqueando contaminantes líquidos a fim de limitar sua profunda penetração no revestimento, provendo uma peça de turbomáquina compreendendo um substrato e pelo menos uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS, a camada compreendendo uma primeira fase de uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS capaz de formar uma fase tipo apatita ou anortita na presença de aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e uma segunda fase compreendendo partículas de pelo menos um silicato de terras raras REa dispersas na primeira fase.
[009] A adição de uma fase de silicato de terras raras em uma forma dividida na primeira fase ou fase matriz da camada de proteção contra CMAS aumente a reatividade desta para limitar a profundidade de penetração capilar de CMAS líquido dentro da porosidade e/ou rede de fissuração vertical presentes na camada. De fato, silicatos de terras raras são precursores da fase apatita protetora. A segunda fase é, portanto, uma fase de “ativação” da fase apatita protetora. Consequentemente, a vida útil da camada de proteção contra CMAS obtida assim é aumentada comparada com o esperado para a mesma camada de proteção sem adicionar essa segunda fase. Em adição, a inclusão de partículas de um silicato de terras raras no material de base da camada de proteção contra CMAS permite, durante a formação da fase de bloqueio, para limitar a formação de fases secundárias com propriedades mecânicas que limitam os efeitos protetores da camada.
[0010] De acordo com um aspecto particular da invenção, o silicato de terras raras usado para a segunda fase da camada protetora é um monossilicato de terras raras REa2SiO5 ou um dissilicato de terras raras REa2Si2O7, onde REa é selecionado a partir de: Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio)
[0011] De acordo com um outro aspecto da invenção, as partículas de silicato de terras raras REa dispersas na camada de proteção contra CMAS têm um tamanho médio entre 5 nm e 50 μm, mais preferencialmente entre 5 nm e 1 μm.
[0012] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, a camada de proteção contra CMAS tem um teor de volume de partículas de silicato de terras raras de entre 1% e 80%.
[0013] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa, presentes na camada de proteção contra CMAS, varia na direção da espessura da camada protetora, a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa gradualmente aumentando entre uma primeira zona da dita camada adjacente do substrato e uma segunda zona da dita camada distante da primeira zona.
[0014] De acordo com um outro aspecto da invenção, a camada de proteção contra CMAS tem uma espessura entre 1 μm e 1000 μm.
[0015] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, o material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS da primeira fase capaz de formar fases tipo apatita ou anortita corresponde a um dos seguintes materiais ou uma mistura de várias dos seguintes materiais: zirconatos de terras raras REb2Zr2O7, onde REb = Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio), zircônia totalmente estabilizada, fases delta A4B3O12, onde A= Y ^ Lu e B = Zr, Hf, compósitos Y2O3 com ZrO2, granadas de ítrio e alumínio (YAG), compósitos YSZ-Al2O3 ou YSZ- AI2O3-TÍO2.
[0016] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, uma camada de barreira térmica é interposta entre o substrato e a camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS.
[0017] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, o substrato é feito de superliga à base de níquel ou cobalto e tem uma camada de ligação de formação de alumino em sua superfície.
[0018] A invenção também se refere a um processo para fabricar uma peça de turbomáquina de acordo com a invenção, compreendendo pelo menos uma etapa para formar uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS diretamente sobre o substrato ou sobre uma camada de barreira térmica presente no substrato, a etapa de formação sendo realizada com um dos seguintes processos: - pulverização por plasma com suspensão de uma suspensão contendo um pó ou precursor de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e um pó ou precursor de um silicato de terras raras RE ou qualquer combinação dos mesmos, - pulverização por chama de alta velocidade de uma suspensão contendo um pó ou precursor de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e um pó ou precursor de um silicato de terras raras RE ou qualquer combinação dos mesmos, - pulverização por plasma a pressão atmosférica de um pó de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS em combinação com pulverização por plasma com suspensão ou pulverização por chama de alta velocidade de uma solução que contém um precursor de cerâmica de silicato de terras raras RE ou um pó de cerâmica de silicato de terras raras RE em suspensão.
Breve Descrição dos Desenhos
[0019] Outras características e vantagens da presente invenção emergirão da descrição dada abaixo, com referência aos desenhos anexos que ilustram modalidades exemplares sem qualquer caráter restritivo. Nas figuras: - as Figuras 1A e 1B mostram a infiltração de contaminantes líquidos em uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de acordo com a técnica anterior, - as Figuras 2A e 2B mostram a infiltração de contaminantes líquidos em uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de acordo com a invenção, - a Figura 3 é uma primeira modalidade exemplar de um processo para produzir uma peça de turbomáquina de acordo com a invenção, - a Figura 4 é uma segunda modalidade exemplar de um processo para produzir uma peça de turbomáquina de acordo com a invenção, - a Figura 5 é uma terceira modalidade exemplar de um processo para produzir uma peça de turbomáquina de acordo com a invenção, - a Figura 6 é uma quarta modalidade exemplar de um processo para produzir uma peça de turbomáquina de acordo com a invenção.
Descrição detalhada da invenção
[0020] A invenção se aplica geralmente a qualquer peça de turbomáquina revestida com uma camada protetora que compreende uma fase de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS. “Material de proteção contra CMAS” significa todos os materiais que previnem ou reduzem a infiltração de CMAS fundido na camada protetora, em particular pela formação de pelo menos uma fase apatita ou anortita.
[0021] A título de exemplos não limitantes, o material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS suscetível de formar fases de apatita ou anortita corresponde a um dos seguintes materiais ou a uma mistura de vários dos seguintes materiais: - zirconatos de terras raras REb2Zr2O7, onde REb = Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio), - zircônia totalmente estabilizada, - as fases deltas A4B3O12, onde A denota qualquer elemento selecionado a partir de: Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb e Lu e B = Zr, Hf, - compósitos compreendendo Y2O3 com ZrO2, - granadas de ítrio e alumínio (YAG), - compósitos YSZ-AI2O3 ou YSZ-AI2O3-TÍO2.
[0022] A invenção se aplica mais particularmente a zirconatos de terras raras REb2Zr2O7, onde REb = Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, Yb, fases delta com A = Y, Dy ou Yb e compósito Y2O3-ZrO2.
[0023] De acordo com a invenção, a esta primeira fase, que constitui a matriz da camada de proteção contra CMAS, é adicionada uma segunda fase na forma de partículas de pelo menos um silicato de terras raras RE dispersas na camada protetora cuja matriz é formada pela primeira fase.
[0024] Os inventores verificaram que monossilicatos ou dissilicatos de terras raras são capazes de reagirem na presença de CMAS para formar uma fase apatita, uma fase de bloqueio que limita a profundidade de infiltração do CMAS líquido na camada protetora, sem serem dissolvidos no vidro líquido. Os inventores determinaram, portanto, que a adição na forma de uma carga de monossilicato e/ou dissilicato de terras raras dispersa em um material de proteção contra CMAS constitui uma fase de “ativação” para a formação de fases apatita. Exacerbando assim a reatividade do material de proteção contra CMAS com cargas distribuídas no material de proteção contra CMAS, é possível formar fases de bloqueio para o CMAS líquido usando diferentes mecanismos de reação, sendo a formação das fases de bloqueio gerada independentemente entre o material de proteção contra CMAS da primeira fase e as partículas de silicato de terras raras da segunda fase. Isso limita a infiltração de CMAS líquido no volume do material. Portanto, limitando a profundidade da infiltração de CMAS na camada protetora, as mudanças nas propriedades termomecânicas ou nos volumes, resultantes da formação das fases de bloqueio, assim como nas fases secundárias resultantes da dissolução do material de proteção contra CMAS, são limitadas. Os estresses mecânicos no núcleo da camada protetora também são reduzidos, o que aumenta a vida útil da proteção sob condições de operação.
[0025] As partículas dispersas na matriz ou na primeira fase da camada de proteção contra CMAS pode consistir em um monossilicato de terras raras REa2SiO5 ou um dissilicato de terras raras REa2Si2O7, onde REa é selecionado a partir de: Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio). Mais preferencialmente, as terras raras REa do monossilicato de terras raras REa2SiO5 ou do dissilicato de terras raras REa2Si2O7 são escolhidas dentre: La, Gd, Dy, Yb, Y, Sm, Nd.
[0026] A segunda fase de “ativação” para a formação de fases apatita presentes como partículas dispersas na camada de proteção contra CMAS pode ser obtida a partir de pós, suspensões, precursores em solução ou uma combinação dessas formas diferentes.
[0027] As partículas de silicato de terras raras REa dispersas na primeira fase preferencialmente têm um tamanho médio entre 5 nm e 50 μm, e mais preferencialmente entre 5 nm e 1 μm. Na presente descrição, os termos “entre ... e ...” devem ser entendidos como incluindo os limites.
[0028] A camada protetora tem um teor de volume de partículas de silicato de terras raras que podem estar entre 1% e 80%, preferencialmente entre 1% e 30%.
[0029] A camada protetora pode ter um gradiente de composição em que a porcentagem de volume da primeira fase do material anti-CMAS e a segunda fase das partículas de silicato de terras raras muda com a espessura da camada protetora. Mais precisamente, a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa, presentes na camada de proteção contra CMAS, pode variar com a espessura da camada protetora, a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa gradualmente aumentando entre uma primeira zona da dita camada adjacente ao substrato e uma segunda zona da dita camada distante da primeira zona. Ao introduzir tal gradiente no conteúdo de partículas de silicato de terras raras REa na camada protetora, a reatividade e o efeito de resistência ao CMAS são favorecidos nas proximidades da superfície superior da camada protetora por uma alta concentração de silicato de terras raras neste local da dita camada de proteção, preservando a resistência termomecânica do sistema por uma menor concentração de silicato de terras raras na camada protetora próxima ao substrato. O silicato de terras raras tem um coeficiente baixo de expansão térmica que pode reduzir a resistência da camada protetora nas proximidades do substrato, já que as diferenças em coeficiente de expansão entre o silicato de terras raras e o material de substrato são significativas.
[0030] A camada protetora preferencialmente tem uma estrutura porosa, o que a permite ter boas propriedades de isolamento térmico. A camada protetora também pode ter fissuras verticais, inicialmente presentes na camada ou formadas durante o uso, o que fornece à camada uma maior capacidade de deformação e, portanto, uma vida útil mais longa. A microestrutura porosa e fissurada (inicialmente ou em uso) da camada protetora é obtida principalmente controlando o processo de formação (deposição) da camada como bem conhecido per se.
[0031] Graças à presença de uma segunda fase de “ativação” na camada protetora permitindo a formação de fases de bloqueio para o CMAS líquido nas proximidades da superfície da camada, essas porosidades e fissuras não constituem mais trajetos favorecidos para a infiltração de CMAS fundido como na técnica anterior. A eficácia do material de proteção contra CMAS usado na primeira fase é então preservada.
[0032] As Figuras 1A, 1B, 2A e 2B ilustram os efeitos produzidos por uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de acordo com a invenção, ou seja, uma camada protetora compósita compreendendo as primeira e segunda fases descritas acima e uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de acordo com a técnica anterior. Mais precisamente, a Figura 1A mostra uma peça 10 feita de um substrato 11 de superliga à base de níquel AM1 e revestida com uma camada de proteção contra CMAS 12, de acordo com a técnica anterior, feita de Gd2Zr2O7, a peça estando na presença de CMAS 13, enquanto a Figura 1B mostra a peça 10 quando exposta a altas temperaturas que causam a fusão de CMAS 13 e a infiltração como contaminantes líquidos de CMAS 14 na camada protetora 12.
[0033] A figura 2A mostra uma peça 20 que consiste em um substrato 21 feito de uma superliga à base de níquel AM1 e revestido com uma camada de proteção contra CMAS 22, de acordo com a invenção, a camada 22 compreende aqui uma primeira fase 220 que consiste em Gd2Zr2O7 e uma segunda fase 221 dispersa na camada 22 e consistindo em Gd2Si2O7, a peça estando na presença de CMAS 23, enquanto a Figura 2B mostra a peça 20 quando exposta a altas temperaturas que causam a fusão de CMAS 23 e a infiltração como contaminantes líquidos de CMAS 24 na camada protetora 22.
[0034] No caso de uma camada protetora de acordo com a técnica anterior, como mostrado na Figura 1B, os contaminantes líquidos de CMAS 14 penetram profundamente na camada protetora 12 antes de formar uma fase apatita de bloqueio 15, enquanto também formam, nessa área, fases secundárias 16 em quantidades significativas, como fluoritos Zr(Gd,Ca)Ox, que fazem com que fissuras 17 apareçam na porção subjacente da camada protetora 12.
[0035] De uma maneira diferente, no caso de uma camada protetora de acordo com a invenção, como mostrado na Figura 2B, a profundidade de infiltração de contaminantes líquidos de CMAS 24 na camada protetora 22 é limitada pela rápida formação das fases apatita de bloqueio 25 e 26 do tipo Ca2Gd8(SiO4)6O2, que permite que os contaminantes líquidos de CMAS 24 sejam contidos perto da superfície da camada protetora 24. Em adição, se as fases secundárias 27 (tais como fluoritos Zr(Gd,Ca)Ox) aparecem nas fases apatita 25 e 26, essas fases secundárias são presentes em quantidades muito menores do que com a camada protetora da técnica anterior e não fazem com que fissuras apareçam na porção subjacente da camada protetora 22.
[0036] A camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de acordo com a invenção tem uma espessura entre 1 μm e 1000 μm e preferencialmente entre 5 μm e 200 μm.
[0037] O substrato da peça de turbomáquina que é a matéria da invenção pode ser feito de uma superliga à base de níquel ou cobalto. Nesse caso, o substrato também pode ter um revestimento de ligação de formação de alumino em sua superfície. Por exemplo, o revestimento de ligação de formação de alumino pode incluir ligas MCrAlY (onde M = Ni, Co, Ni e Co), aluminetos de níquel tipo β-NiAl (opcionalmente modificados por Pt, Hf, Zr, Y, Si ou combinações desses elementos), aluminetos de ligas y-Ni-Y—NisAl (opcionalmente modificados por Pt, Cr, Hf, Zr, Y, Si ou combinações desses elementos), fases MAX (Mn+1AXn (n=1,2,3) onde M = Sc, Y, La, Mn, Re, W, Hf, Zr, Ti; A = grupos IIIA, IVA, VA, VIA; X = C,N), ou qualquer outro revestimento de ligação adequado, assim como misturas dos mesmos. O substrato pode também consistir em superligas AM1, MC-NG, CMSX4 e derivados, ou René e derivados.
[0038] As camadas de ligação podem ser formadas e depositadas por deposição física de vapor (PVD), APS, HVOF, pulverização por plasma de baixa pressão (LPPS) ou derivados, pulverização por plasma inerte (IPS), deposição química em fase vapor (CVD), aluminização em fase de vapor SNECMA (SVPA), sinterização por plasma pulsado, deposição eletrolítica, assim como qualquer outro processo adequado de deposição e formação.
[0039] O substrato usado na invenção tem uma forma correspondente à da peça de turbomáquina a ser fabricada. As peças de turbomáquinas incluindo a camada protetora de acordo com a invenção podem ser, mas não exclusivamente, pás, lâminas de tubeira, anéis de turbina de alta pressão e paredes da câmara de combustão.
[0040] A camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio compósita, isto é, compreendendo as primeira e segunda fases como definidas acima, pode ser aplicada diretamente ao substrato da peça de turbomáquina. A camada protetora da invenção constitui, nesse caso, em uma barreira térmica para o substrato.
[0041] De acordo com uma modalidade variante, uma camada de barreira térmica pode ser interposta entre o substrato e a camada de proteção compósita da invenção, ou entre uma camada de ligação de formação de alumino e a camada de proteção compósita da invenção, sendo esta última usada, nesse caso, como uma camada de funcionalização na superfície da camada de barreira térmica que pode ou não prover proteção contra contaminantes líquidos de aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS de alta temperatura. A título de exemplo não limitante, a camada de barreira térmica pode ser feita de zircônia estabilizada por ítrio com um teor de massa de Y2O3 entre 7% e 8%. A camada de barreira térmica, na qual a camada de proteção compósita da invenção é feita, pode ter uma microestrutura homogênea, homogênea e porosa, verticalmente microfissurada, verticalmente microfissurada e porosa, colunar, colunar e porosa, além de arquiteturas incluindo essas diferentes microestruturas.
[0042] A camada de barreira térmica pode ser formada e depositada por deposição física de vapor com feixe de elétrons (EB-PVD), APS, HVOF, sol-gel, SPS, pulverização por plasma de precursor de solução (SPPS), HVSFS ou qualquer outro processo adequado.
[0043] A camada de proteção compósita da invenção pode ser formada e depositada por um dos seguintes processos: - pulverização por plasma a pressão atmosférica (APS), - oxicombustível de alta velocidade (HVOF), - pulverização por plasma em suspensão (SPS), - pulverização por plasma de precursor de solução (SPPS), - pulverização de suspensão por chama de alta velocidade (HVSFS), também conhecido como suspensão-HVOF (S-HVOF).
Exemplo 1
[0044] Como mostrado na Figura 3, um processo para fabricar uma peça de turbomáquina 30 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 31 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS 32 foi aplicada por SPS, a camada protetora 32 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e uma segunda fase de Y2Si2O7 na forma de partículas dispersas na camada protetora 32 como fase de ativação das fases apatita protetoras.
[0045] Nesse exemplo, é usada uma solução 40 que contém um pó do material anti-CMAS em suspensão 42, aqui Gd2Zr2O7, e precursores líquidos da fase de ativação 41, aqui Y2Si2O7, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 32. A solução 40 é injetada através do mesmo injetor de suspensão 42 em um jato de plasma 44 gerado por uma tocha de plasma 43, permitindo o tratamento termocinético da solução 40. Nesse exemplo, os precursores da fase Y2Si2O7 podem ser nitrato de ítrio Y(NO3)3 e ortossilicato de tetraetil Si(OC2H5)4 dissolvidos em etanol. Isso resulta em uma camada protetora 32 que compreende uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material anti-CMAS e forma a matriz da camada 32 e uma segunda fase de Y2Si2O7 como ativador das fases apatita protetoras na forma de partículas finamente dispersas na matriz da camada 32.
[0046] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais de silicato. O exemplo também não exclui o uso de uma solução precursora para a fase anti-CMAS e/ou pós suspensos para a fase de silicato. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não uma tocha de plasma, mas um dispositivo HVOF.
Exemplo 2
[0047] Como mostrado na Figura 4, um processo para fabricar uma peça de turbomáquina 50 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 51 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS 52 compósita foi aplicada por SPS, a camada protetora 52 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e uma segunda fase de Y2Si2O7 na forma de partículas dispersas na camada protetora 52 como fase de ativação para fases apatita protetoras.
[0048] Nesse exemplo, são usadas uma primeira solução 61 que contém um pó do material anti-CMAS em suspensão 610, aqui Gd2Zr2O7, e uma segunda solução 62 que contém precursores líquidos da fase de ativação 620, aqui Y2Si2O7, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 52. As duas soluções 61 e 62 são injetadas através do mesmo injetor de suspensão 63 em um jato de plasma 64 gerado por uma tocha de plasma 65, permitindo o tratamento termocinético da solução 61 e 62. Nesse exemplo, os precursores da fase Y2Si2O7 podem ser nitrato de ítrio Y(NO3)3 e ortossilicato de tetraetil Si(OC2H5)4 dissolvidos em etanol. O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais de silicato. Isso resulta em uma camada protetora 32 que compreende uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material anti-CMAS e forma a matriz da camada 32 e uma segunda fase de Y2Si2O7 como ativador das fases apatita protetoras na forma de partículas finamente dispersas na matriz da camada 32.
[0049] O exemplo também não exclui o uso de uma solução precursora para a fase anti-CMAS e/ou pós suspensos para a fase de silicato. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não uma tocha de plasma, mas um dispositivo HVOF.
Exemplo 3
[0050] Como mostrado na Figura 5, um processo para fabricar uma peça de turbomáquina 70 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 71 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS 72 compósita foi aplicada por SPS, a camada protetora 72 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e uma segunda fase de Y2Si2O7 na forma de partículas dispersas na camada protetora 72 como fase de ativação das fases apatita protetoras.
[0051] Nesse exemplo, são usadas uma primeira solução 81 que contém um pó do material anti-CMAS em suspensão 810, aqui Gd2Zr2O7, e uma segunda solução 82 que contém precursores líquidos da fase de ativação 820, aqui Y2Si2O7, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 72. As soluções 81 e 82 são injetadas respectivamente através de um primeiro e um segundo injetores de suspensão específicos 83 e 84 no núcleo de um jato de plasma 85 gerado por uma tocha de plasma 86, permitindo o tratamento termocinético das soluções 81 e 82. Nesse exemplo, os precursores da fase Y2Si2O7 podem ser nitrato de ítrio Y(NO3)3 e ortossilicato de tetraetil Si(OC2H5)4 dissolvidos em etanol. Isso resulta em uma camada protetora 32 que compreende uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material anti-CMAS e forma a matriz da camada 32 e uma segunda fase de Y2Si2O7 como ativador das fases apatita protetoras na forma de partículas finamente dispersas na matriz da camada 32.
[0052] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais de silicato. O exemplo também não exclui o uso de uma solução precursora para a fase anti-CMAS e/ou pós suspensos para a fase de silicato. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não uma tocha de plasma, mas um dispositivo HVOF.
Exemplo 4
[0053] Como mostrado na Figura 6, um processo para fabricar uma peça de turbomáquina 90 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 91 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual foi depositada uma camada de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS 92 compósita por APS e SPS híbridas, a camada protetora 92 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio CMAS e uma segunda fase de Y2Si2O7 na forma de partículas dispersas na camada protetora 92 como fase de ativação das fases apatita protetoras.
[0054] Nesse exemplo, são usados um pó 110 composto de partículas do 111 do material anti-CMAS, aqui Gd2Zr2O7, e uma solução 120 que contém precursores líquidos da fase de ativação 121, aqui Y2Si2O7, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 92. Para o pó 110, o processo APS é usado, pelo qual o pó 110 é injetado através de um primeiro injetor 101 específico no núcleo de um jato de plasma 103 gerado por uma tocha de plasma 104, permitindo o tratamento termocinético do pó 110. Para a solução 120, o processo SPS é usado em que a solução 120 é injetada através de um segundo injetor de suspensão 102 específico no núcleo de um jato de plasma 103 gerado por uma tocha de plasma 104, permitindo o tratamento termocinético da fase 121. Nesse exemplo, os precursores da fase Y2Si2O7 podem ser nitrato de ítrio Y(NO3)3 e ortossilicato de tetraetil Si(OC2H5)4 dissolvidos em etanol. Isso resulta em uma camada protetora 32 que compreende uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material anti-CMAS e forma a matriz da camada 32 e uma segunda fase de Y2Si2O7 como ativador das fases apatita protetoras na forma de partículas finamente dispersas na matriz da camada 32.
[0055] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais de silicato. O exemplo também não exclui o uso de uma solução precursora para a fase anti-CMAS e/ou pós suspensos para a fase de silicato. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não uma tocha de plasma, mas um dispositivo HVOF.

Claims (9)

1. Peça de turbomáquina (20) revestida, caracterizada pelo fato de que compreende um substrato (21) e pelo menos uma camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) presente no dito substrato, a camada de proteção (22) compreendendo uma primeira fase (220) de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) capaz de formar uma fase tipo apatita ou anortita na presença de aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) e uma segunda fase (221) que compreende partículas de pelo menos um silicato de terras raras REa em uma forma dividida e dispersadas na primeira fase, o material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) da primeira fase capaz de formar fases tipo apatita ou anortita correspondente a um dos seguintes materiais ou uma mistura de várias dos seguintes materiais: zirconatos de terras raras REb2Zr2O7, onde REb = Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio), zircônia totalmente estabilizada, fases delta A4B3O12, onde A= Y ^ Lu e B = Zr, Hf, compósitos Y2O3 com ZrO2, granadas de ítrio e alumínio (YAG), compósitos YSZ-Al2O3 ou YSZ-Al2O3—TiO2.
2. Peça de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos um silicato de terras raras é um monossilicato de terras raras REa2SiO5 ou um dissilicato de terras raras REa2Si2O7, em que REa é selecionado a partir de: Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio)
3. Peça de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as partículas de silicato de terras raras REa dispersas na camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) tem um tamanho médio entre 5 nm e 50 μm.
4. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) tem um teor de volume de partículas do dito pelo menos um silicato de terras raras entre 1% e 80%.
5. Peça de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa, presentes na camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS), varia na direção da espessura da camada protetora, a porcentagem de volume de partículas de cerâmica de silicato de terras raras REa gradualmente aumentando entre uma primeira zona da dita camada adjacente ao substrato (21) e uma segunda zona da dita camada distante da primeira zona.
6. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) tem uma espessura entre 1 μm e 1000 μm.
7. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de barreira térmica interposta entre o substrato (21) e a camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS).
8. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o substrato (21) é uma superliga à base de níquel ou cobalto e tem, em sua superfície, um revestimento de ligação de formação de alumino.
9. Processo para fabricar uma peça de turbomáquina (20) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa para formar uma camada de proteção (22) contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) diretamente sobre o substrato (21) ou sobre uma camada de barreira térmica presente no substrato, a etapa de formação sendo realizada com um dos seguintes métodos: - pulverização por plasma com suspensão de pelo menos uma suspensão contendo um pó ou precursor de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) e um pó ou precursor de um silicato de terras raras RE, - pulverização por chama de alta velocidade de pelo menos uma suspensão contendo um pó ou precursor de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) e um pó ou precursor de um silicato de terras raras RE, - pulverização por plasma a pressão atmosférica de um pó de um material de proteção contra aluminossilicatos de cálcio e magnésio (CMAS) em combinação com pulverização por plasma com suspensão ou pulverização por chama de alta velocidade de uma solução que contém um precursor de cerâmica de silicato de terras raras RE ou um pó de cerâmica de silicato de terras raras RE em suspensão.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3085172B1 (fr) 2018-08-22 2021-03-05 Safran Aircraft Engines Revetement abradable pour aubes tournantes d'une turbomachine
CN111850454B (zh) * 2020-07-30 2022-12-16 江苏大学 一种抗cmas侵蚀的热障涂层及制备方法
CN112645699B (zh) * 2020-12-24 2022-08-19 中国航发北京航空材料研究院 晶须协同max相增韧的稀土硅酸盐材料及其制备方法
JP2022103666A (ja) * 2020-12-28 2022-07-08 三菱重工航空エンジン株式会社 遮熱コーティングの施工方法及び耐熱部材
CN113860920B (zh) * 2021-09-13 2023-02-17 中国科学院金属研究所 一种耐cmas腐蚀性能优的环境障涂层及其制备方法
JP2023137433A (ja) * 2022-03-18 2023-09-29 三菱重工航空エンジン株式会社 遮熱コーティングの施工方法及び耐熱部材
CN115584463B (zh) * 2022-07-22 2024-05-10 山东大学 一种抗熔盐腐蚀的热障涂层及其制备方法
CN115594500B (zh) * 2022-10-08 2023-10-03 中国航发南方工业有限公司 一种双稀土铌酸盐陶瓷粉体及其制备方法和应用

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060008677A1 (en) * 2004-07-12 2006-01-12 General Electric Company Ceramic bonding composition, method of making, and article of manufacture incorporating the same
US7374825B2 (en) * 2004-12-01 2008-05-20 General Electric Company Protection of thermal barrier coating by an impermeable barrier coating
US7785722B2 (en) * 2006-01-20 2010-08-31 United Technologies Corporation CMAS resistant thermal barrier coating
US20090162561A1 (en) * 2007-12-19 2009-06-25 Glen Harold Kirby Methods for making barrier coatings comprising taggants and components having the same
US20090186237A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Rolls-Royce Corp. CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings
US8343589B2 (en) * 2008-12-19 2013-01-01 General Electric Company Methods for making environmental barrier coatings and ceramic components having CMAS mitigation capability
US8658291B2 (en) * 2008-12-19 2014-02-25 General Electric Company CMAS mitigation compositions, environmental barrier coatings comprising the same, and ceramic components comprising the same
FR2957358B1 (fr) * 2010-03-12 2012-04-13 Snecma Methode de fabrication d'une protection de barriere thermique et revetement multicouche apte a former une barriere thermique
US20120034491A1 (en) * 2010-08-05 2012-02-09 United Technologies Corporation Cmas resistant tbc coating
US9034479B2 (en) * 2011-10-13 2015-05-19 General Electric Company Thermal barrier coating systems and processes therefor
US20130260132A1 (en) * 2012-04-02 2013-10-03 United Technologies Corporation Hybrid thermal barrier coating
US9995169B2 (en) * 2013-03-13 2018-06-12 General Electric Company Calcium-magnesium-aluminosilicate resistant coating and process of forming a calcium-magnesium-aluminosilicate resistant coating
JP5693631B2 (ja) * 2013-03-19 2015-04-01 三菱重工業株式会社 耐高温部材及びガスタービン
WO2015116300A2 (en) * 2013-12-06 2015-08-06 United Technologies Corporation Calcium-magnesium alumino-silicate (cmas) resistant thermal barrier coatings, systems, and methods of production thereof
US10676403B2 (en) * 2014-01-16 2020-06-09 Honeywell International Inc. Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same
JP6560266B2 (ja) * 2014-06-30 2019-08-14 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 遮熱及び耐環境コーティング組成物
US20160362775A1 (en) * 2014-09-30 2016-12-15 United Technologies Corporation Multi-Phase Pre-Reacted Thermal Barrier Coatings and Process Therefor
CN107922280B (zh) * 2015-08-18 2022-03-04 通用电气公司 致密环境屏障涂层组合物
US10145252B2 (en) * 2015-12-09 2018-12-04 General Electric Company Abradable compositions and methods for CMC shrouds
US20170191152A1 (en) * 2015-12-31 2017-07-06 General Electric Company Environmental Barrier Coatings and Methods of Deposition Thereof
EP3199507A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-02 Rolls-Royce Corporation Plasma spray physical vapor deposition deposited multilayer, multi-microstructure environmental barrier coating
FR3053329B1 (fr) * 2016-06-29 2018-07-27 Safran Ceramics Procede de revetement d'une piece en materiau composite a matrice ceramique par une barriere environnementale
US10822968B2 (en) * 2018-06-08 2020-11-03 University Of Connecticut Microstructure geometry for thermal barrier coatings to mitigate CMAS attack

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