Estudo De Rotas De Sinterização E Oxidação De Nicraly Para Utilização Na Deposição Por Laser De Nicraly E De Zro2 - Yo1,5 - Nbo2,5 Sobre Liga De Titânio

Abstract

The use of zirconia ceramics as a thermal barrier aims to protect alloys against corrosion, oxidation and thermal protection mainly (Thermal Barrier Coating - TBC). However, because of the limitations of the composition 7 YSZ (commercial zirconia stabilized with 7.6 ± 1 mol % yttria) other stabilizing of the tetragonal phase of zirconia such as tantalum and niobium has been studied to overcome these limitations. A TBC system consists of a metal substrate, metal layer (bond coating), thermally grown oxide (TGO) and ceramic layer (top coating). The objective of the work was to develop sintering routes of metal layer, NiCrAlY, to aiming the TGO formation for laser deposition in the TBC system. The satisfactory route study for TGO formation was carried out from sintering by hot uniaxially pressed at 1150 ° C followed by vacuum heat treatment at 1100 ° C. The X - ray diffraction analysis was executed to check the obtained phases, scanning electron microscopy to study the morphology of the deposited layers, scratching, scraping and hardness tests to evaluate the adhesion of the oxide layer. The TBC system was composed of Ti-6Al-4V alloy, aeronautical application (grade 5 titanium), NiCrAlY deposited by laser, TGO by the thermal treatment route developed and zirconia ceramics were obtained by grinding the planetary ball mill in equimolar compositions of 14.5, 16.0 and 17.5 mol % of yttria and niobia and also deposited by laser. From the X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, thermal diffusivity analysis and nanohardness, diffuse layers were obtained with adhesion and the ceramics promoted the decrease of the thermal conductivity in approximately 29 % when compared to the 7 YSZ. The ceramic composition 16.0 ZrYNb obtained lower values of thermal conductivity at temperatures of 800 °C and 1250 °C and higher values of nanohardness and elastic modulus in relation to the ceramics of composition 14,5 and 17,5 ZrYNb. Due to the formation of the TGO from the vacuum heat treatment at 1100 °C on the NiCrAlY, a thickness and homogeneous layer can be obtained for after laser deposition, but the parameters for this process were not satisfactory in the ceramic layer deposition requiring future studies to improve adhesion between layers.

A utilização de cerâmicas de zircônia como barreira térmica tem por objetivo a proteção de ligas metálicas contra corrosão, oxidação e principalmente proteção térmica (Thermal Barrier Coating - TBC). Porém devido as limitações da composição da cerâmica 7 YSZ (zircônia comercial estabilizada com 7,6 ± 1 % mol de ítria),outros estabilizantes da fase tetragonal da zircônia, tais como o tântalo e o nióbio,vêm sendo estudados para suprir estas limitações. Um sistema TBC é formado por um substrato metálico, camada metálica, camada de óxido termicamente crescido (TGO) e camada cerâmica. O trabalho teve como objetivo o estudo para desenvolver rotas de sinterização de camada metálica, NiCrAlY, visando formação da TGO para posterior utilização deste estudo na deposição a laser no sistema TBC. O estudo da rota satisfatória para formação da TGO foi realizado a partir da sinterização por prensagem uniaxial a quente a 1150 °C, seguido de um tratamento térmico a vácuo a 1100 °C. Foram realizadas análises de difração de raios X para verificação das fases obtidas, microscopia eletrônica de varredura para estudo da morfologia das camadas depositadas, ensaios de adesão e de dureza para avaliação da aderência da camada de óxido. O sistema TBC foi constituído pela liga Ti-6Al-4V, de aplicação aeronáutica (titânio grau 5), NiCrAlY depositado a laser, TGO pela rota de tratamento térmico desenvolvido e cerâmicas de zircônias obtidas por moagem em moinho de bolas planetário, nas composições equimolares de 14,5, 16,0 e 17,5 % mol de ítria e nióbia e também depositadas por laser. A partir das análises de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise de difusividade térmica e de nanodureza, obteve-se camadas difundidas e com aderência, sendo que as cerâmicas promoveram a diminuição, em aproximadamente 29 %, da condutividade térmica em relação à 7 YSZ. A cerâmica de composição 16,0 ZrYNb obteve menores valores de condutividade térmica nas temperaturas de 800 °C e 1250 °C e maiores valores de nanodureza e módulo de elasticidade em relação as cerâmicas de composição 14,5 e 17,5 ZrYNb. Pela rota de formação da TGO a partir do tratamento térmico a vácuo em 1100 °C sobre o NiCrAlY pode-se obter uma camada espessa e homogênea para posterior deposição a laser, porém os parâmetros para este processo não se apresentaram satisfatórios na deposição da camada cerâmica, necessitando de estudos futuros para melhoria da aderência entre as camadas.