Riassunto analitico
Le barriere termiche, o Thermal Barrier Coatings, sono dei rivestimenti costituiti da materiale isolante termicamente, molto resistente alla corrosione ed in generale alle condizioni estreme di utilizzo. Questi rivestimenti vengono applicati sui componenti metallici situati nelle sezioni più calde delle turbine industriali e sono sottoposti a temperature abbondantemente superiori a quelle di fusione delle superleghe di bulk utilizzate. Lo stato dell’arte delle TBC è la zirconia stabilizzata con l’8% in peso di Y2O3 (8YSZ). Quest’ultima, oltre a subire la destabilizzazione della fase t' metastabile che la caratterizza a temperature superiori ai 1200 °C, è particolarmente sensibile agli attacchi chimici da parte di polveri di silicati a base di CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS). I silicati ingeriti possono formare dei depositi fusi a contatto con le superfici calde dei rivestimenti. Tali depositi possono destabilizzare la fase metastabile della zirconia, e causare problemi di natura chimica e meccanica, infiltrandosi all’interno del rivestimento 8YSZ fino a causare delaminazione. Negli ultimi anni, sono stati sviluppati rivestimenti basati su ZrO2 stabilizzata nella forma cubica (fluorite) con elevate percentuali di elementi delle terre rare come il Gadolinio o su zirconati a struttura piroclora (ad esempio, Gd2Zr2O7). Nonostante abbiano una minor tenacità alla frattura rispetto alla t'-YSZ, questi rivestimenti mostrano una maggiore stabilità di fase sopra i 1200 °C e una migliore resistenza alla CMAS. Nel corso di questo lavoro di tesi, sono stati condotti test su due sistemi a doppio strato (P400 e D400). In entrambi i casi, è stata utilizzata la 8YSZ con microstruttura porosa (P400) o DVC (dense vertically cracked) (D400) come strato inferiore, mentre è stato applicato un rivestimento con struttura colonnare di zirconia drogata con Gadolinio come strato superiore. Per la deposizione dello strato inferiore, è stata impiegata la tecnica Atmospheric plasma Spraying (APS), mentre per lo strato superiore è stato utilizzato un processo combinato di Suspension and solution precursor plasma spraying (SPS+SPPS), in cui 2 l di sospensione commerciale a base di particelle di 8YSZ sub-micrometriche in etanolo sono state mescolate con 400 g di nitrato di Gadolinio (sospensione 0.5 M). L’infiltrazione e il meccanismo di reazione tra il deposito vetroso e i rivestimenti sono stati discussi sulla base delle micrografie FEG-SEM (Field Emission Gun- Scanning Electron Microscope), degli spettri EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) e micro-Raman e dell’analisi al TEM (Transmission Electron MIcroscope) dopo il test di corrosione (1 ora a 1250 °C). Inoltre, sono stati condotti dei test di ciclaggio termico (TCF) per valutare la resistenza termomeccanica dei materiali e delle architetture dei rivestimenti studiati.
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