Tesis doctoral de Carlos Alberto Botero Vega
Los recubrimientos de mullita depositados mediante deposición química de vapor (cvd) son excelentes candidatos para proteger el carburo de silicio (sic) de la corrosión en ambientes de combustión, configurando la nueva generación de recubrimientos catalogados como barreras ambientales (ebcs). Estos recubrimientos de carácter columnar nuclean a partir de una fina capa vítrea rica en silicio y pueden crecer en un amplio rango de composiciones, siendo posible incrementar la proporción al/si de manera constante y gradiente. De este modo se obtienen recubrimientos ricos en aluminio en la superficie exterior (confiriendo al sustrato una alta protección frente a la corrosión) y a su vez se mantiene la composición estequiométrica en la intercara (lo que supone gran adhesion dado el buen ajuste mullita-sic). A pesar de que se ha demostrado el excelente desempeño frente a la corrosion de estos recubrimientos, la información existente en la literatura acerca de su comportamiento mecánico es limitada. Las propiedades mecánicas e integridad structural de los recubrimientos de mullita depositados sobre sic son factores cruciales a la hora de implementar dichos sistemas en aplicaciones reales. El estudio de estos aspectos constituye la base de esta investigación. Teniendo en cuenta las características de los recubrimientos, resulta esencial evaluar sus propiedades desde una perspectiva local. En este sentido, la nanoindentación y el nanorayado son las técnicas más apropiadas para tal propósito. Esta investigación se basa en la implementación de ensayos de nanoindentación y nanorayado, en complemento con técnicas avanzadas de caracterización, para evaluar a escala local las propiedades mecánicas de recubrimientos de barrera ambiental basados en mullita, así como para evaluar la integridad structural de los sistemas recubiertos. Para ello, se dispuso de recubrimientos con composiciones de al/si estequiométricas (¿ 3) e incrementales (¿ 5, 6, 7, 8, 11), además de recubrimientos de composición gradiente. En cuanto a los recubrimientos de composición estequiométrica, su dureza (hf), modulo elastico (ef), límite elastico (sy) y tenacidad de fractura (kf), se estiman mediante nanoindentación. Como consecuencia del carácter columnar de los recubrimientos, así como de la capa vítrea de silicio a partir de la cual crecen, las propiedades mecánicas encontradas son ligeramente menores que las reportadas para mullita estequiométrica policristalina. La energía de adhesión (gint) y la tenacidad de fractura de la intercara (kint) son también estimadas. Estos recubrimientos presentan gran resistencia al contacto deslizante, dado que soportan deformaciones plásticas considerables sin sufrir un daño significativo. El efecto del enriquecimiento en aluminio es el endurecimiento, el aumento en la rigidez y la disminución de la tenacidad en los recubrimientos de mullita. No obstante, los ensayos de nanorayado demuestran una integridad estructural satisfactoria de los sistemas recubiertos estudiados, ya que no se observan pérdidas significativas de material del recubrimiento. Los nanorayados sobre secciones transversales indican que las capas de composición gradiente presentan una combinación óptima de rigidez/dureza y resistencia adhesiva/cohesiva al nanorayado. Finalmente, se investigan los efectos de la temperatura y corrosión sobre el comportamiento mecánico de los recubrimientos. Las altas temperaturas ocasionan un incremento de hf y ef, acompañado por una caida en kc, en recubrimientos estequiométricos, mientras que dichas propiedades permanecen practicamente constantes en recubrimientos ricos en aluminio y gradientes. Adicionalmente, el efecto combinado de temperatura y corrosión tiene un efecto menor sobre la integridad estructural de los recubrimientos ensayados tras los ensayos de nanorayado. éste es un resultado interesante dado que estos recubrimientos se espera que sean utilizadas en aplicaciones bajo condiciones similares a las aquí
Datos académicos de la tesis doctoral «Micro and nanomecanical behavior of mullite-based environmental barrier coatings«
- Título de la tesis: Micro and nanomecanical behavior of mullite-based environmental barrier coatings
- Autor: Carlos Alberto Botero Vega
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 14/12/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Luis Llanes Pitarch
- Tribunal
- Presidente del tribunal: marcos Juan Anglada gomila
- mercé Segarra rubí (vocal)
- carmen Baudín de la lastra (vocal)
- joan Esteve pujol (vocal)