Deposição de revestimentos tipo barreira térmica por aspersão térmica

Orientador : Prof. Dr. Ramón Sigifredo Cortés ParedesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 10/07/2012Inclui referências : fls. 155-160Área de concentração: ManufaturaResumo: Palhetas de turbinas a gás de termoelétricas operam em atmosferas agressivas com elevadas temperaturas e pressões. Uma técnica para aumentar sua vida útil ou mesmo a temperatura de trabalho é o uso de revestimentos do tipo barreira térmica (TBC), composto por uma camada cerâmica externa (top coat) sobre um revestimento de ligação metálico (bond coat), aplicados por aspersão térmica. O objetivo geral deste trabalho é aplicar, testar e caracterizar revestimentos TBC produzidos a partir das deposições de ligas comerciais, sendo para top coat três pós cerâmicos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ): ZrO28%Y2O3, ZrO27%Y2O3 e ZrO27%Y2O31,7%HfO2; e para bond coat três ligas de níquel: Ni23%Co17%Cr12,5%Al0,45%Y, Ni5%Al e Ni22%Cr10%Al1%Y (% em peso), sendo que para depositar estes materiais foi utilizado os respectivos processos de aspersão térmica por plasma spray (APS) e de alta velocidade (HVOF). Dividido em duas etapas, onde na primeira foram feitos testes, onde o planejamento experimental permitiu estudar variação de parâmetros dos processos, o qual prevê um conjunto de tratamentos onde se pôde verificar a influencia destes parâmetros em relação a espessura de revestimento, microdureza, porosidade, fração em área de óxidos e aderência. Na segunda etapa foram preparados novos revestimentos com os parâmetros otimizados e nestes foram realizados testes desempenho em elevada temperatura, sendo estes a 1150 ºC por 4 e 16 horas. Os resultados mostram o desempenho dos revestimentos, sendo evidenciada a capacidade dos TBCs de suportarem as condições testadas em elevada temperatura sem apresentarem falhas por desplacamento. Palavras-chave: aspersão térmica, elevada temperatura, revestimentos de barreira térmica.Abstract: Gas turbines blades for power plants operating in aggressive environments with high temperatures and pressures. One technique to increase their life or the working temperature is the use of thermal barrier coatings (TBC), composed of ceramic top coat on a metal bond coat, applied by thermal spray. The objectives of this work are: apply, test and characterize the coatings comprising a TBC. The materials used in the depositions are commercial, to top coat there is three of ceramic powders from yttria stabilized zirconia (YSZ): ZrO28%Y2O3, ZrO27%Y2O3 and ZrO27%Y2O31,7%HfO2; to bond coat there is three alloys nickel: Ni23%Co17%Cr12,5%Al0,45%Y, Ni5%Al and Ni22%Cr10%Al1%Y (wt.%). To deposit these materials was used the respective processes of plasma spray (APS) and high speed (HVOF). Divided in two stages, where in the first tests were made, the experimental planning allowed us to study variation of process parameters, which provides a set of treatments where possible to check the influence over the coating thickness, microhardness, porosity, oxide fraction area and adhesion. In the second stage new coatings were prepared with the optimized parameters, and these tests were conducted on high temperature performance, and performed at 1150 ° C for 4 and 16 hours. The results show the quality of coatings, which highlighted the capacity of TBCs to bearing the conditions tested at high temperature without show faults by spallation. Keywords: thermal spraying, high temperature, thermal barrier coating

Estudo da erosão por cavitação sobre diferentes morfologias de revestimentos de FeMnCrSiB aplicados por aspersão térmica chama FS e HVOF com tratamento de shot peening

Orientador : Prof. Dr. Ramón Sigifredo Cortés ParedesTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 20/10/2016Inclui referências : f. 103-108Área de concentração : ManufaturaResumo: Revestimentos obtidos por aspersão térmica apresentam diferentes características morfológicas de acordo com o processo utilizado. Bem como, diferentes morfologias de revestimento mudam algumas propriedades mecânicas, que por consequência podem alterar o desempenho, por exemplo, de resistência à cavitação, para a mesma liga. Neste sentido, para esta pesquisa foram utilizados os processos de aspersão térmica a chama-pó (FS-pó) e HVOF, que produzem revestimentos com diferentes morfologias, a partir da mesma matéria-prima. O objetivo principal foi avaliar o comportamento desses revestimentos, com duas morfologias distintas, obtidos a partir da mesma liga, no desempenho de resistência a erosão por cavitação acelerada, considerando duas condições iniciais de superfície, polida e tratada por shot peening. Para este propósito foi utilizado uma liga austenitica do tipo FeCrMnSiB, sendo o tratamento de shot peening feito com esferas de aço. Tanto a liga como os revestimentos foram caracterizados por MEV, EDS e DRX. O teste de cavitação acelerada foi realizado pelo método indireto, conforme a norma ASTM G-32. Para caracterizar o início da erosão os revestimentos foram analisados a cada minuto de cavitação, até somar 5 minutos, após esse período foram analisados em 10, 20 e 30 minutos, daí então as análises foram realizadas a cada 30 minutos. A caracterização consistiu em: medição de perda de massa; análise do perfil de rugosidade, por microscopia confocal; morfologia da erosão, por MEV; e, transformações de fase, por DRX. Os revestimentos estudados apresentam valores similares de porosidade e teor de óxidos, sendo estes valores significativamente baixos, obtidos por otimização de parâmetros de processos de deposição. A taxa de erosão foi menor para os revestimentos tratados por shot peening, sendo que para o HVOF foi mais baixa do que para Chama-pó (0,10 e 0,67 mg/min, respectivamente). A microscopia confocal mostrou que a rugosidade tende a se igualar ao longo do tempo de ensaio, independente do revestimento ser polido ou tratado por shot peening. O MEV permitiu identificar os mecanismos de erosão para ambos os revestimentos. As analises por DRX mostraram que ocorrem transformações de fase, mas não influenciam significativamente o desempenho dos revestimentos. De uma forma geral, o estudo mostra que há diferença nos mecanismos de erosão para diferentes morfologias de revestimentos obtidos por aspersão térmica. Palavras-chave: morfologia de revestimento aspergido; HVOF; FS-pó; caracterização de revestimentos; mecanismos de erosão por cavitação.Abstract: Thermal spraying coatings have different morphological characteristics according to the process used. As well, different coating morphologies change some mechanical properties, which may consequently alter the performance, e.g., of cavitation resistance, for the same alloy. Therefore this reasearch used two thermal spray processes, Powder FlameSpray (Powder-FS) and Hhigh Velocity Oxi-Fuel (HVOF), that produce coatings with different morphologies, from the same feedstock. The main goal it is evaluate the behavior of this coatings on accelerated cavitation test, with two different morphologies applied with the same alloy, considering two initial surfaces conditions, as polished and treated with shot peening. For this purpose, an austenitic alloy of the FeCrMnSiB type was used, the shotpeening treatment being made with steel spheres. Both the alloy and the coatings were characterized by SEM, EDS and XRD. The accelerated cavitation test was performed using the indirect method according to ASTM G32. To characterize the beginning of erosion the coatings were analyzed every 1 minute of cavitation at the first 5 minutes, after that period were analyzed in 10, 20 and 30 minutes, then the analyzes were every 30 minutes. The characterization consisted of: mass loss measurement; analysis of the roughness profile by confocal microscopy; analysis of the morphology of erosion area by SEM; and, Phase transformations, by XRD. The coatings studied presented similar values of porosity and oxide content, being these values significantly low, obtained by optimization of deposition process parameters. The erosion rate was lower for the coatings treated by shot peening, and for HVOF it was lower than for Powder-FS (0.10 and 0.67 mg/min, respectively). Confocal microscopy showed that the roughness tends to equalize over the test time regardless of the coatings initially being polished or shot peening treated. SEM analysis allowed identified the erosion mechanisms for both coatings. XRD analysis showed that phase transformations occur but do not significantly influence the performance of the coatings. In general, the study shows that there is difference in erosion mechanisms for different morphologies of coatings obtained by thermal spraying. Keywords: Thermal spray coatings morphology. HVOF. Powder-FS. Coating characterization. Mechanisms of cavitation erosion