WO2006084925A1 - Procedimiento para la proteccion de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas y material obtenido - Google Patents

Procedimiento para la proteccion de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas y material obtenido Download PDF

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Elena Silveira Fernandez
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Definitions

  • the method of the invention has as its object the protection of titanium alloys against oxidation at high temperatures and oxygen diffusion, by means of the deposition on the titanium substrate of a protective coating.
  • the titanium alloys protected by this coating do not develop an oxide layer or ⁇ phase formation or surface hardening of titanium, at temperatures up to 700 C.
  • the aviation industry currently demands materials of reduced weight and high mechanical performance, to reduce fuel consumption and / or increase the power of aircraft.
  • titanium is a very suitable material since it has high mechanical performance with a very low density, about 4.5 g / cm 3 'compared to approximately 8 g / cm 3 of the superalloys commonly used for these applications high temperature
  • titanium alloys exhibit rapid oxidation at temperatures above 600 C and also at temperatures Above 500 C they absorb oxygen, which leads to the formation of an ⁇ phase, which causes a surface hardening that makes the alloy fragile and thus limits its application to temperatures below the mentioned 500 C.
  • elements in the alloy are usually added, such as chromium or aluminum, which form a layer of continuous and protective oxide on the titanium.
  • Aluminum has also been used as an alloy element to improve resistance to high temperature oxidation but it has been found that fragile aluminum is formed that also greatly reduces mechanical properties.
  • the oxidation of the titanium substrates at high temperatures is the aluminization of its surface, this coating being obtained by depositing an aluminum slurry on the surface of titanium and heating at high temperatures (greater than 660 C) in a vacuum, so that aluminum melts and alloys with the substrate producing a stable intermetallic.
  • high temperatures greater than 660 C
  • the presence of easily oxidizable aluminum produces a continuous and homogeneous oxide layer (AbO 3 ) that prevents the subsequent oxidation of the titanium substrate.
  • Another alternative is the replacement of aluminum with chromium, so that the coating is formed by a ceramic layer of CT 2 O 3 instead of AbO 3 , as described in US Patent 5,098,540 in which the chromium is deposited on the titanium substrate by means of physical vapor deposition (PVD) techniques.
  • PVD physical vapor deposition
  • the chromium coatings thus formed have better adhesion on the titanium substrate, they have a low vapor pressure at high temperatures and, in relation to the aluminum oxide generating treatments, a very reduced protective capacity at elevated temperatures.
  • elements with a high melting point can be used, such as platinum and also have a high resistance to oxidation, these elements acting as diffusion barriers
  • These processes consist of a first electrochemical deposition of platinum and its subsequent heating to promote diffusion in titanium. Then, aluminum is deposited and It again causes a diffusion process resulting in a platinum aluminum.
  • Another type of coatings intended to protect titanium alloys at temperatures above 500 C are those based on the Ti-Al-Cr combination, which are deposited by "magnettron sputtering" technologies, forming a continuous and protective alumina layer .
  • 5,077,140 indicates the possibility of improving the properties of the substrate by subsequent heat treatments that improve the adhesion between the coating and the substrate, as well as to densify the coating.
  • the process of the invention allows improving the characteristics of the treatments currently used and does not present limitations in the use of titanium alloys at high temperatures.
  • This new procedure is based on obtaining a coating that prevents the oxidation and diffusion of oxygen, and, therefore, the formation of the fragile surface layer of phase ⁇ , in the applications of high temperature titanium alloys.
  • the coatings applied on the titanium substrate do not exhibit interdiffusion phenomena with the substrate either during deposition or during use, up to a temperature of 700 C.
  • the coating deposited in accordance with the process object of the invention is composed of a nickel-chromium alloy with chromium carbide particles embedded in the matrix.
  • Chromium carbide particles (O 3 C 2 , Cr 7 Cs or Cr 23 C ⁇ ) can be found in proportions of up to 85% by weight of the total.
  • the metal matrix is a nickel-based metal alloy with contents of other metallic elements such as chromium, iron, cobalt, silicon and molybdenum, up to 25% by weight.
  • Chrome carbide coatings are obtained by thermal projection technologies and, preferably, using HFPD (HIGH FREQUENCY PULSE DETONATION) thermal detonation technology since it is necessary that in the projection process the powder particles of the coating reach a high speed to give rise to a coating Io Dense as possible.
  • HFPD HGH FREQUENCY PULSE DETONATION
  • the substrate must be kept refrigerated to prevent oxygen diffusion on the surface of the titanium, which would cause its embrittlement. Refrigeration is also necessary to minimize the stresses that can be generated inside the coating.
  • the thickness of the chromium carbide coating can be from a few tens of microns to several hundreds of microns.
  • chromium in the coating facilitates the formation of chromium oxide that prevents the diffusion of oxygen and therefore the contamination of titanium.
  • the chromium carbide coating embedded in the proposed nickel-chromium matrix in addition to protecting the titanium against oxidation, can also be used as an anchor layer in thermal barriers, up to 700 C, since its coefficient of thermal expansion is intermediate between titanium and the ceramic layers commonly used for this purpose.
  • the present invention also describes the deposition thereof on the protective coating of chromium carbide.
  • These ceramic layers preferably of zirconia partially stabilized with Itria, are also deposited by thermal projection technologies, preferably by plasma.
  • Figure 1 shows a poorly deposited coating (1) in which the formation of the phase layer ⁇ (2) can be observed after exposure to high temperature, as well as titanium ⁇ 21 (3).
  • this figure 1 the formation of the ⁇ phase in a sample of ⁇ 21 Titanium coated with a nickel-chromium alloy with chromium carbide particles embedded in the matrix, by means of a non-optimized projection procedure and after exposure to 700 C for 100 hours.
  • Figure 3 shows a micrograph of the coating generated after the deposition of a second additional layer (4) of a ceramic material, in particular of zirconia partially stabilized with yttria
  • Figure 3 shows the micrograph of the coating formed by two layers.
  • the outermost, which appears with a darker color (4) is the Zirconia partially stabilized with Itria, the one located between the previous one (4) and the substrate of titanium ⁇ 21 (5), which appears with a lighter color is that of chromium carbide / nickel-chromium (6).
  • the procedure described consists in the deposition of a layer of Cr 3 C 2 Ni-Cr by means of the thermal projection technology by detonation HFPD (HIGH FREQUENCY PULSE DETONATION) on a ⁇ 21 commercial titanium substrate. Additionally, the procedure describes the deposition of a second layer on the previous one of 8YSZ: Zr ⁇ 2 -8Y 2 ⁇ 3 , by plasma thermal projection.
  • the titanium substrate Before proceeding to the deposition, the titanium substrate is subjected to shot blasting and subsequently to a blasting to eliminate the possible particles that are embedded since the presence of these can contribute to small amounts of air being trapped in the substrate-coating interface , Which would favor the formation of the fragile phase ⁇ in titanium.
  • the blasting process is also necessary to achieve a good adhesion between the coating and the substrate since this depends largely on the initial roughness of the substrate.
  • the gases used for thermal projection were propylene (between 35 and 55 slpm) and oxygen (between 130 and 155 slpm) at a detonation frequency between 60 and 90 Hertz
  • the coating obtained shows good adhesion with the substrate, with the absence of diffusion processes at the interface between the substrate and the coating.
  • the gases used for thermal projection were Argon and Hydrogen at an intensity Approximately 700A.
  • the coating obtained with an average thickness of 180 microns, has a good adhesion to the first layer since, as mentioned above, it functions as an anchor layer.
  • the sample obtained was tested at 700 C for 100 hours, showing no initiation of oxidation in the titanium substrate or the formation of the fragile layer ⁇ .
  • the hardness measurement can be used along the sample since, when oxygen diffusion occurs, the hardness in the interface zone is greater than the hardness in the core Specifically, the hardness values HV 0.1 of the tested sample are very similar in the surface of the coating and in the center of the substrate, as indicated in the following table:
  • the coating has a coefficient of thermal expansion very similar to that of titanium, so that there are no breaks or delaminations, during the thermal cycling to which the coating obtained was subjected, that is, 200 cycles at 600 C for 1 hour and cooling to 50 C.
  • the coated samples were tensile tested and no difference was observed in the values obtained versus those of the uncoated material. Fatigue tests showed that the ⁇ 21 titanium with the coating object of the invention, supports loads of up to 450 MPa for more than one million cycles.
  • the main advantage of this coating is the absence of diffusion processes in the nterfase or in the substrate, which prevents the formation of intermetallic compounds that fragilize it, as well as the absence of heating of the substrate during the deposition that prevents the formation of undesirable microstructural changes in titanium.

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Abstract

El procedimiento permite obtener un recubrimiento cermet que está compuesto por partículas de carburo de cromo embebido en una matriz de níquel-cromo, obtenido por proyección térmica sobre aleaciones de titanio, que evita la oxidación y la difusión de oxígeno en su interior a temperaturas hasta 700 C. Adicionalmente, se deposita una capa cerámica sobre el recubrimiento cermet que actúa como barrera térmica.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA PROTECCIÓN DE ALEACIONES DE TITANIO FRENTE A ALTAS TEMPERATURAS Y MATERIAL OBTENIDO
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El procedimiento de Ia invención tiene por objeto Ia protección de las aleaciones de titanio frente a Ia oxidación a altas temperaturas y a Ia difusión de oxígeno, mediante Ia deposición sobre el sustrato de titanio de un recubrimiento protector.
Las aleaciones de titanio protegidas por este recubrimiento no desarrollan ni capa de óxido ni formación de fase α o endurecimiento superficial del titanio, a temperaturas de hasta 700 C.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La industria aeronáutica demanda actualmente materiales de reducido peso y elevadas prestaciones mecánicas, para reducir el consumo de combustible y/o aumentar Ia potencia de las aeronaves.
Por ello, el titanio resulta un material muy adecuado puesto que tiene unas elevadas prestaciones mecánicas con una densidad muy baja, alrededor de 4,5 g/cm3' frente a los aproximadamente 8 g/cm3 de las superaleaciones utilizadas habitualmente para estas aplicaciones de alta temperatura.
Sin embargo, las aleaciones de titanio presentan una rápida oxidación a temperaturas superiores a 600 C y además, a temperaturas superiores a 500 C absorben oxígeno, Io que conlleva a la formación de una fase α, causante de un endurecimiento superficial que fragiliza Ia aleación y limita por tanto su aplicación a temperaturas inferiores a los mencionados 500 C.
Para evitar Ia oxidación del titanio a altas temperaturas, habitualmente se adicionan elementos en Ia aleación, como por ejemplo cromo o aluminio, que forman una capa de óxido continua y protectora sobre el titanio.
No obstante, se ha comprobado que Ia adición de cromo a las aleaciones de titanio no reduce Ia velocidad de oxidación si no se añade en grandes proporciones, provocando este aumento del cromo añadido Ia pérdida de las propiedades mecánicas de Ia aleación.
También se ha utilizado aluminio como elemento de aleación para mejorar Ia resistencia a Ia oxidación a alta temperatura pero se ha comprobado que se forman aluminuros frágiles que también reducen en gran medida las propiedades mecánicas.
Se han hecho pruebas con otros elementos pero en ningún caso se ha conseguido mejorar Ia resistencia frente a Ia oxidación a altas temperaturas sin comprometer las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio.
En Ia actualidad, no se conoce ninguna aleación de titanio que minimice Ia oxidación a alta temperatura sin que se reduzcan sus propiedades mecánicas.
Por ello, se están dedicando grandes esfuerzos a Ia obtención de recubrimientos que eviten Ia oxidación a altas temperaturas sin afectar las propiedades mecánicas del titanio. Estos recubrimientos deberían tener las siguientes propiedades:
- Resistencia a Ia oxidación a altas temperaturas.
- Compacidad para evitar Ia difusión de oxígeno.
- Compatibilidad química y mecánica con el substrato.
- Propiedades mecánicas razonables.
Una de las soluciones mas utilizadas para mejorar la resistencia a
Ia oxidación de los substratos de titanio a altas temperaturas es Ia aluminización de su superficie, obteniéndose este recubrimiento depositando una pasta (slurry) de aluminio en Ia superficie de titanio y calentando a altas temperaturas (mayor de 660 C) en vacío, de forma que el aluminio funde y se alea con el substrato produciendo un intermetálico estable. La presencia de aluminio, fácilmente oxidable, produce una capa de óxido (AbO3) continua y homogénea que evita Ia posterior oxidación del substrato de titanio.
Sin embargo, este procedimiento impone Ia necesidad de tratamientos térmicos a alta temperatura, Io que habitualmente modifica Ia naturaleza o estructura metalúrgica del material base de titanio y produce una degradación de las propiedades mecánicas consiguientes. Por otra parte, piezas de gran tamaño o geometría compleja pueden presentar distorsiones o derivas geométricas de difícil control, limitando Ia aplicabilidad práctica de esta técnica de protección.
Otra forma de obtener estos aluminizados es por inmersión en metal fundido o por "pack cementation" (High Temperature Cyclic Oxidation por Subrahmanyam y J.Annapuma, Oxidation of Metals, vol. 26 n° 3/4 1986), aunque se observan dificultades en Ia protección de piezas grandes y en Ia consecución de capas de espesor uniforme.
En Ia Patente US 5.672.436 se describe el aluminizado por deposición física en fase de vapor (PVD) que permite obtener recubrimientos mucho mas homogéneos. En este proceso, Ia aleación de titanio se suspende en un baño de vapor de aluminio de forma que toda Ia superficie se encuentre con Ia misma concentración de aluminio, presentando el inconveniente de que el proceso debe realizarse en una cámara cerrada y a temperatura suficiente para que se forme TIAI3.
Otra alternativa es Ia sustitución del aluminio por cromo, de forma que el recubrimiento está formado por una capa cerámica de CT2O3 en lugar del AbO3, tal y como se describe en Ia Patente US 5.098.540 en Ia cual el cromo es depositado sobre el substrato de titanio mediante técnicas de deposición física en fase de vapor (PVD).
Aunque los recubrimientos de cromo así formados presentan mejor adherencia sobre el substrato de titanio, tienen una baja presión de vapor a altas temperaturas y, en relación a los tratamientos generadores de óxido de aluminio, una capacidad protectora muy reducida a temperaturas elevadas.
Para evitar Ia formación de intermetálicos no deseados, de naturaleza frágil, en Ia interfase Ti-Al, se pueden utilizar elementos con elevado punto de fusión, como por ejemplo el platino y que presentan además una elevada resistencia a Ia oxidación, actuando estos elementos como barreras de difusión. Estos procesos consisten en una primera deposición electroquímica de platino y su posterior calentamiento para favorecer Ia difusión en el titanio. A continuación, se deposita aluminio y se vuelve a provocar un proceso de difusión dando lugar a un aluminuro de platino.
Este proceso no evita completamente Ia presencia de una capa frágil pero impide la posterior difusión de los elementos. Un proceso de este tipo se describe en Ia Patente GB 2.290.309.
Otro tipo de recubrimientos destinados a proteger las aleaciones de titanio a temperaturas superiores a los 500 C, son los basados en Ia combinación Ti-Al-Cr, que se depositan por tecnologías de "magnettron sputtering", formándose una capa continua y protectora de alúmina.
Estos recubrimientos presentan el inconveniente de Ia posible formación de fases frágiles, como por ejemplo Ti(Cr,AI)2 que reducen en gran medida Ia resistencia a Ia fatiga del substrato.
Finalmente, en Ia Patente US 5.077.140 se describe un recubrimiento protector mediante Ia deposición de MCrAI o MCr, donde M es un metal seleccionado entre el hierro, níquel y cobalto. Estos recubrimientos se pueden obtener por deposición química en fase de vapor, deposición física en fase de vapor o por proyección térmica de plasma, siendo esta última técnica Ia mas adecuada.
Una de las ventajas de este tipo de recubrimientos es su elevada resistencia al ciclado térmico aunque no se indican datos sobre Ia posible formación de Ia capa frágil α, o sobre Ia posible reducción de las propiedades de resistencia a Ia fatiga del substrato. En Ia Patente US
5.077.140 se indica la posibilidad de mejorar las propiedades del substrato mediante tratamientos térmicos posteriores que mejoran Ia adherencia entre el recubrimiento y el substrato, así como para densificar el recubrimiento. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El procedimiento de Ia invención permite mejorar las características de los tratamientos empleados actualmente y no presenta limitaciones en Ia utilización de las aleaciones de titanio a altas temperaturas. Este nuevo procedimiento se basa en Ia obtención de un recubrimiento que evita Ia oxidación y Ia difusión de oxígeno, y, por tanto, Ia formación de la capa superficial frágil de fase α, en las aplicaciones de las aleaciones de titanio a alta temperatura.
Los recubrimientos aplicados sobre el substrato de titanio no presentan fenómenos de interdifusión con el substrato ni durante su deposición ni durante su utilización, hasta una temperatura de 700 C.
El recubrimiento depositado de acuerdo con el procedimiento objeto de Ia invención está compuesto por una aleación níquel-cromo con partículas de carburo de cromo embebidas en Ia matriz.
También se recoge en esta invención Ia posibilidad de depositar sobre Ia capa anterior una capa adicional, de un material cerámico, preferentemente zirconia parcialmente estabilizada con ¡tria.
Las partículas de carburo de cromo (O3C2, Cr7Cs o Cr23Cβ) pueden encontrarse en proporciones de hasta un 85% en peso del total.
La matriz metálica es una aleación metálica de base níquel con contenidos de otros elementos metálicos como pueden ser cromo, hierro, cobalto, silicio y molibdeno, hasta en un 25% en peso.
Los recubrimientos de carburo de cromo se obtienen mediante tecnologías de proyección térmica y, preferentemente, mediante la tecnología de proyección térmica por detonación HFPD (HIGH FREQUENCY PULSE DETONATION) ya que es necesario que en el proceso de proyección las partículas de polvo del revestimiento alcancen una gran velocidad para dar lugar a un recubrimiento Io más denso posible.
En caso contrario, se obtendrá un recubrimiento con elevada porosidad y mal cohesionado que permitirá Ia difusión del oxígeno a través suyo.
Durante el proceso de proyección, el substrato se ha de mantener refrigerado para evitar que difunda oxígeno en Ia superficie del titanio, Io que provocaría su fragilización. La refrigeración también es necesaria para minimizar las tensiones que se pueden generar en el interior del recubrimiento.
El grosor del recubrimiento de carburo de cromo puede ser desde unas decenas de mieras hasta varios centenares de mieras.
Se ha comprobado que en muestras de titanio β ó α, protegidas con el recubrimiento de carburo de cromo / níquel-cromo objeto de Ia invención, expuestas a altas temperaturas (700 C durante 100 horas), no se observa Ia presencia de óxido en Ia interfase substrato-revestimiento ni Ia formación de una fase α, producida por Ia difusión de oxígeno en el interior del titanio.
Además, Ia presencia de cromo en el recubrimiento facilita Ia formación de óxido de cromo que evita Ia difusión del oxígeno y por tanto Ia contaminación del titanio.
Se ha comprobado también que no existen procesos de difusión entre los elementos del recubrimiento de carburo de cromo y el substrato después de Ia exposición a altas temperaturas, de forma que se evita Ia formación de intermetálicos en Ia interfase substrato-revestimiento que habitualmente fragilizan el conjunto.
El recubrimiento de carburo de cromo embebido en Ia matriz de níquel - cromo propuesto, además de proteger al titanio frente a Ia oxidación, también puede ser utilizado como capa de anclaje en barreras térmicas, hasta 700 C, ya que su coeficiente de expansión térmica es intermedio entre el titanio y las capas cerámicas habitualmente utilizadas para este fin.
En relación con estas capas cerámicas que actúan como barrera térmica, Ia presente invención describe también Ia deposición de las mismas sobre el recubrimiento protector de carburo de cromo. Estas capas cerámicas, preferentemente de zirconia parcialmente estabilizada con Itria se depositan también mediante tecnologías de proyección térmica, preferentemente por plasma.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompañan como parte integrante de dicha descripción, 3 figuras que ilustran Ia efectividad del recubrimiento frente a Ia formación de
Ia capa superficial de fase alfa tras haber expuesto al material a una temperatura de 700 C durante 100 horas.
La figura 1 muestra un recubrimiento (1 ) mal depositado en el que se puede observar Ia formación de Ia capa de fase α (2) tras Ia exposición a elevada temperatura, así como el titanio β21 (3). En esta figura 1 Ia formación de fase α en una muestra de Titanio β21 recubierto con una aleación de níquel- cromo con partículas de carburo de cromo embebidas en Ia matriz, mediante un procedimiento de proyección no optimizado y tras una exposición a 700 C durante 100 horas.
En Ia figura 2 se puede observar el aspecto del material (3) tras Ia misma exposición (700C durante 100 horas) al haber depositado correctamente el recubrimiento (1 ), de acuerdo al procedimiento descrito en Ia patente, como se puede observar no existe formación de Ia capa de fase alfa bajo el recubrimiento. En Ia figura 2 el aspecto de una muestra de Titanio β21 (3) recubierto mediante el procedimiento descrito en esta solicitud tras una exposición a 700 C durante 100 horas. No se observa formación de capa superficial de fase α en el sustrato de Titanio
En Ia figura 3 se muestra una micrografía del recubrimiento generado tras Ia deposición de una segunda capa adicional (4) de un material cerámico, en particular de zirconia parcialmente estabilizada con itria
En Ia citada figura 3 se muestra Ia micrografía del recubrimiento formado por dos capas.. La más exterior, que aparece con un color más oscuro (4) es Ia Zirconia parcialmente estabilizada con Itria, Ia situada entre Ia anterior (4) y el sustrato de titanio β21 (5), que aparece con un color más claro es Ia de carburo de cromo / níquel-cromo (6).
EJEMPLO DE REALIZACIÓN
El procedimiento que se describe consiste en Ia deposición de una capa de Cr3C2 Ni-Cr mediante Ia tecnología de proyección térmica por detonación HFPD (HIGH FREQUENCY PULSE DETONATION) sobre un sustrato de titanio comercial β21. Adicionalmente, el procedimiento describe Ia deposición de una segunda capa sobre Ia anterior de 8YSZ: Zrθ2-8Y2θ3, mediante proyección térmica por plasma.
Antes de proceder a Ia deposición, el substrato de titanio se somete a granallado y posteriormente a un chorreado para eliminar las posibles partículas que quedan incrustadas ya que Ia presencia de éstas puede contribuir a que pequeñas cantidades de aire queden atrapadas en Ia interfase substrato-recubrimiento, Io cual favorecería Ia formación de Ia fase frágil α en el titanio..
El proceso de chorreado es necesario también para conseguir una buena adherencia entre el recubrimiento y el substrato ya que ésta depende en gran medida de Ia rugosidad inicial del substrato.
Para Ia deposición de Ia primera capa (Cr3C2 Ni-Cr),los gases utilizados para Ia proyección térmica fueron propileno (entre 35 y 55 slpm) y oxígeno (entre 130 y 155 slpm) a una frecuencia de detonación entre 60 y 90 Hertzios.
Como material de partida para Ia obtención del recubrimiento se utilizó polvo comercial compuesto por carburo de cromo y níquel-cromo con un 80% de carburos y un 20% de matriz metálica.
El recubrimiento obtenido, con un espesor medio de 160 mieras, muestra una buena adherencia con el substrato, con ausencia de procesos de difusión en Ia interfase entre el substrato y el recubrimiento.
Para Ia deposición de Ia segunda capa (YSZ) los gases utilizados para Ia proyección térmica fueron Argón e Hidrogeno a una intensidad aproximada de 700A.
Como material de partida para Ia obtención del recubrimiento se utilizó polvo comercial Amperit 825.0.
El recubrimiento obtenido, con un espesor medio de 180 mieras, presenta una buena adherencia a Ia primera capa ya que, como se ha comentado anteriormente, ésta funciona como capa de anclaje.
La muestra obtenida se ensayó a 700 C durante 100 horas, no mostrando inicio de oxidación en el substrato de titanio ni Ia formación de Ia capa frágil α.
Para determinar Ia presencia de oxígeno en Ia interfase substrato- recubrimiento, se puede utilizar Ia medida de durezas a Io largo de Ia muestra ya que, cuando se produce Ia difusión de oxígeno, Ia dureza en Ia zona de Ia interfase es mayor que Ia dureza en el núcleo. En concreto, los valores de dureza HV0.1 de Ia muestra ensayada son muy similares en Ia superficie del recubrimiento y en el centro del substrato, tal y como se indica en Ia siguiente tabla:
Figure imgf000012_0001
Tampoco se observan procesos de degradación en el interior del recubrimiento, ni otros cambios estructurales.
Además, el recubrimiento presenta un coeficiente de expansión térmica muy similar al del titanio, por Io que no se presentan roturas ni delaminaciones, durante los ciclados térmicos a los que se sometió el recubrimiento obtenido, es decir, 200 ciclos a 600 C durante 1 hora y enfriamiento a 50 C.
Las muestras recubiertas se ensayaron a tracción y no se observó ninguna diferencia en los valores obtenidos frente a los del material sin recubrir. Los ensayos de fatiga mostraron que el titanio β21 con el recubrimiento objeto de Ia invención, soporta cargas de hasta 450 MPa durante mas de un millón de ciclos.
La principal ventaja que presenta este recubrimiento es Ia ausencia de procesos de difusión en Ia ¡nterfase o en el substrato, Io que evita Ia formación de compuestos intermetálicos que Ia fragilicen, así como Ia ausencia del calentamiento del substrato durante Ia deposición que evita Ia formación de cambios microestructurales indeseados en el titanio.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, caracterizado porque comprende Ia deposición de un recubrimiento cermet sobre Ia aleación de titanio que evita Ia oxidación y difusión de oxígeno de dicha aleación a temperaturas superiores a 500°.
2.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas según reivindicación 1 , caracterizado porque el recubrimiento cermet está compuesto por carburos de cromo embebidos en una matriz metálica.
3.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas según reivindicación 1 , caracterizado porque Ia matriz metálica es una aleación metálica de base níquel con contenidos de otros elementos metálicos seleccionados entre cromo, hierro, cobalto, silicio y molibdeno.
4.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, según reivindicación 1 , caracterizado porque el recubrimiento de cermet se obtiene por proyección térmica.
5.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas según reivindicación 4, caracterizado porque el procedimiento de proyección térmica es un procedimiento de proyección térmica por detonación o HFPD (high frequency pulse detonation).
6.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas según reivindicación 5, caracterizado porque Ia proyección térmica se realiza utilizando como gases propileno (entre 35 y 55 slpm) y oxígeno (entre 130 y 155 slpm) y a una frecuencia de detonación entre 60 y 90 Hertzios.
7.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, según reivindicación 1 , caracterizado porque adicionalmente comprende Ia deposición de una capa de material cerámico, sobre Ia capa de cermet.
8.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, según reivindicación 7, caracterizado porque Ia capa de material cerámico es una capa de circonia parcialmente estabilizada con ¡tria.
9.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, según reivindicación 7, caracterizado porque Ia deposición de Ia capa de material cerámico se realiza mediante un procedimiento de proyección térmica por plasma.
10.- Procedimiento para Ia protección de aleaciones de titanio frente a altas temperaturas, según reivindicación 9, caracterizado porque los gases utilizados para Ia proyección térmica son Argón e Hidrógeno, realizándose el proceso a una intensidad aproximada de 700 A.
11.- Material compuesto por un recubrimiento y un sustrato caracterizado porque el recubrimiento está constituido por una capa de cermet depositada sobre el sustrato el cual es una aleación de titanio con Ia particularidad de que no se produce Ia formación de una fase alfaα, en Ia intercara del sustrato, como consecuencia del proceso de deposición de Ia capa de cermet.
12.- Material, según reivindicación 11 , caracterizado porque el recubrimiento cermet, está compuesto por carburos de cromo embebidos en una matriz metálica.
13.- Material según reivindicación 12, caracterizado porque Ia matriz metálica es una aleación metálica de base níquel con contenidos de otros elementos metálicos seleccionados entre cromo, hierro, cobalto, silicio y molibdeno.
14.- Material según reivindicación 11 , caracterizado porque el recubrimiento de cermet se obtiene por proyección térmica.
15.- Material según reivindicación 14, caracterizado porque el procedimiento de proyección térmica es un procedimiento de proyección térmica por detonación o HFPD (high frequency pulse detonation).
16.- Material según reivindicación 15, caracterizado porque Ia proyección térmica se realiza utilizando como gases propileno (entre 35 y 55 slpm) y oxígeno (entre 130 y 155 slpm) y a una frecuencia de detonación entre 60 y 90 Hertzios.
17.- Material según reivindicación 11 , caracterizado porque adicionalmente comprende una capa cerámica, depositada sobre Ia capa de cermet.
18.- Material según reivindicación 17, caracterizado porque Ia capa de material cerámico es una capa de circonia parcialmente estabilizada con ¡tria.
19.- Material según reivindicación 17, caracterizado porque Ia deposición de Ia capa de material cerámico se realiza mediante un procedimiento de proyección térmica por plasma.
20.- Material según reivindicación 19, caracterizado porque los gases utilizados para Ia proyección térmica son Argón e Hidrógeno, realizándose el proceso a una intensidad aproximada de 700 A.
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