• CMAS
• Gadolinio
• SPS e SPPS
• TBC
• Turbine a gas

I rivestimenti a barriera termica (thermal barrier coating, TBC) sono sistemi multistrato applicati sui componenti metallici per proteggerli dall’ossidazione e dalla corrosione ad alta temperatura. In particolare, uno degli impieghi più comuni delle TBC è sui componenti in sezioni ad alta temperatura delle turbine a gas.
Fra le varie tipologie di degrado a cui possono essere soggette quest’ultime, la presente attività di ricerca concentra l’attenzione sul degrado ambientale da CMAS (CaO-MgO-Al2O3-SiO2).
A temperature superiori a 1200°C, il particolato ambientale, presente principalmente in zone desertiche, in prossimità di vulcani attivi e in megalopoli con un elevato inquinamento atmosferico, può dar luogo a depositi fusi. Tali depositi, penetrando nel rivestimento, possono innescare problemi sia di natura chimica che meccanica, inclusa la delaminazione dello stesso. Negli ultimi anni sono stati studiati dei materiali alternativi alla zirconia stabilizzata con ittria (YSZ), che attualmente rappresenta lo stato dell’arte delle barriere termiche, al fine di garantire una maggiore resistenza al degrado causato da CMAS. Tra questi materiali, si includono i piroclori, che sono composti zirconati contenenti terre rare. Questi materiali presentano una bassa conducibilità termica, un'elevata stabilità a temperature superiori a 1500°C e una maggiore resistenza alla corrosione da CMAS rispetto alla YSZ. In particolare, gli zirconati di terre rare hanno la capacità di reagire con la CMAS, formando una fase metastabile di apatite che ostacola la penetrazione della CMAS nel rivestimento.
Al fine di aumentare la resistenza a CMAS delle TBC, è stato depositata una sospensione di zirconia stabilizzata con 8% in peso di ittria (8% yttria stabilized zirconia, 8YSZ), additivata con nitrato di gadolinio (Gd (NO3)3), attraverso una combinazione di tecniche di spruzzatura al plasma (Suspension Plasma Spray (SPS) e Solution Precursor Plasma Spray (SPPS)).
L'innovazione dell'approccio scelto risiede nel fatto che, a differenza di altre tecniche che utilizzano polveri di zirconati pre-sintetizzate, come ad esempio tramite sintesi allo stato solido, in questo caso la sintesi del materiale avviene direttamente durante il processo di termospruzzatura. Ciò presenta potenziali vantaggi sia dal punto di vista economico, evitando una fase di processo che richiede un elevato consumo energetico per reazioni allo stato solido ad alte temperature, sia dal punto di vista della versatilità, in quanto la composizione può essere adattata alle esigenze semplicemente modificando la quantità di precursore disciolta nella sospensione di YSZ.
L'infiltrazione e il meccanismo di reazione tra il deposito vetroso e i rivestimenti sono stati analizzati utilizzando le micrografie FEG-SEM, gli spettri EDX e micro-Raman dopo il test di corrosione (1 ora a 1250 °C).

Thermal barrier coatings (TBCs) are multilayer systems applied on metal components to protect them from oxidation and corrosion at high temperature. In particular, one of the most common uses of TBCs is on components in high-temperature sections of gas turbines. Among the various types of degradation to which the latter may be subjected, the present research activity focuses attention on environmental degradation by CMAS (CaO-MgO-Al2O3-SiO2). At temperatures above 1200°C, environmental particulate matter, found mainly in desert areas, near active volcanoes, and in megacities with high air pollution, can give rise to molten deposits. Such deposits, as they penetrate the coating, can trigger both chemical and mechanical problems, including delamination of the coating. In recent years, alternative materials to yttria-stabilized zirconia (YSZ), which is currently the state of the art in thermal barriers, have been investigated in order to provide greater resistance to degradation caused by CMAS. These materials include pyrochlors, which are zirconate compounds containing rare earths. These materials exhibit low thermal conductivity, high stability at temperatures above 1500°C, and greater resistance to CMAS corrosion than YSZ. In particular, rare earth zirconates have the ability to react with CMAS, forming a metastable apatite phase that hinders the penetration of CMAS into the coating. In order to increase the CMAS resistance of TBCs, a suspension of zirconia stabilized with 8 wt% yttria (8% yttria stabilized zirconia, 8YSZ), additivated with gadolinium nitrate (Gd(NO3)3), was deposited through a combination of plasma spraying techniques (Suspension Plasma Spray (SPS) and Solution Precursor Plasma Spray (SPPS)). The innovation of the chosen approach lies in the fact that, unlike other techniques that use pre-synthesized zirconate powders, such as through solid-state synthesis, in this case the synthesis of the material takes place directly during the thermospraying process. This has potential advantages both from an economic point of view, avoiding a process step that requires high energy consumption for solid-state reactions at high temperatures, and from a versatility point of view, as the composition can be adapted to requirements simply by changing the amount of precursor dissolved in the YSZ suspension. The infiltration and reaction mechanism between the glassy deposit and the coatings were analyzed using FEG-SEM micrographs, EDX and micro-Raman spectra after the corrosion test (1 hour at 1250 °C).