ALABE DE TURBINA CON UN SISTEMA DE RECUBRIMIENTO.

Álabe de turbina (120, 130) de una turbina con un sistema de recubrimiento,

que presenta al menos una capa adhesiva (3) aplicada directamente a la pieza constructiva (1) y en especial una capa de protección calorífuga (4) configurada sobre la capa adhesiva (3), caracterizado porque la capa adhesiva (3) se compone de entre el 22% y el 36% en peso de Cr, entre el 15% y el 30% en peso de Ni, Fe como base, como máximo 55 ppm de Al, opcionalmente entre el 1% y el 3% en peso de Si

Álabe de turbina con un sistema de recubrimiento.

La invención se refiere a un álabe de turbina con un sistema de recubrimiento, que presenta al menos una capa adhesiva aplicada directamente a la pieza constructiva y una capa de protección calorífuga configurada sobre la capa adhesiva.

Las piezas constructivas que se exponen a temperaturas elevadas y a condiciones corrosivas tienen que dotarse de recubrimientos especiales, para protegerlas contra daños y de este modo garantizar una vida útil más larga. Hoy en día se utilizan, en especial para álabes de turbina de turbinas de vapor o gas, sistemas de recubrimiento que se componen de varias capas aplicadas unas sobre otras. Con frecuencia de trata con ello al menos de una capa adhesiva, que está aplicada directamente al álabe de turbina, y una capa de protección calorífuga configurada sobre la misma.

La capa adhesiva tiene en muchos casos la composición general McrAlY, en donde M significa al menos uno de los elementos del grupo que comprende hierro, cobalto y níquel e Y es itrio u otro elemento equivalente del grupo que comprende escandio y los elementos de las tierras raras. Las tareas de la capa adhesiva son, por un lado protección contra corrosión y/o oxidación y, por otro lado, garantizan una fuerte adhesión de la capa de protección calorífuga sobre el álabe de turbina.

La capa de protección calorífuga se compone a su vez con frecuencia de materiales cerámicos, que pueden contener óxido de circonio. Sólo su capacidad para un fuerte aislamiento térmico permite el uso de las piezas constructivas en márgenes de temperatura > 1.000ºC.

Se describen capas de protección y sistemas de capas correspondientes en los documentos EP 1 541 713 A1 y US 6,306,524 B1.

En el caso de las capas adhesivas conocidas puede producirse, en un margen de temperaturas > 550ºC, fenómenos de interdifusión entre la aleación metálica del material base del álabe de turbina y los componentes de la capa adhesiva, con lo que puede producirse una formación de fase indeseada. Como consecuencia de ello se produce una limitación de las características del material base, que reducen la vida útil del álabe de turbina. A pesar de ello es deseable una interdifusión mínima, que no limita las características del material base, de los elementos de aleación entre la capa adhesiva y el material base, ya que por medio de esto se mejora notablemente la adhesión entre el material base y la capa adhesiva. Aparte de esto puede mejorarse de este modo el comportamiento de oxidación y corrosión del material base en la región próxima a la superficie.

La tarea de la presente invención consiste en aprontar un álabe de turbina con un sistema de recubrimiento, que minimice de tal modo la interdifusión de los componentes de aleación entre el material base del álabe de turbina y los componentes de la capa adhesiva que, precisamente, se consiga el grado necesario de mezclado para una adhesión óptima de la capa adhesiva sobre el álabe de turbina y, al mismo tiempo, no se limiten las características del material base.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención por medio de que la capa adhesiva contiene como base entre el 22% y el 36% en peso de Cr, entre el 15% y el 30% en peso de Ni, como máximo 55 ppm de Al, opcionalmente entre el 1% y el 3% en peso de Si y Fe como base. Por lo tanto se utiliza una capa adhesiva que contiene sobre todo hierro, cromo y níquel y en la que sólo está contenida una pequeña cantidad de aluminio.

La ventaja del álabe de turbina conforme a la invención es que la capa adhesiva está configurada como capa de bloqueo, que minimiza la interdifusión entre los componentes del cuerpo base y los de la capa adhesiva. Con ello es responsable de que no se forme ninguna fase ni estructura mixta indeseada, pero por otro lado permite una cierta medida de interdifusión que hace posible una adhesión óptima de la capa adhesiva sobre el material base. Aparte de esto no se limitan las características del material base del álabe de turbina.

Conforme a una forma de ejecución preferida de la invención, la capa adhesiva puede contener además del 1% al 3% en peso de Si. Todos estos aditivos conducen a una mejora de la resistencia a la oxidación de la capa adhesiva.

Conforme a otra forma de ejecución, la capa adhesiva puede contener el 25% en peso de Cr y el 20% en peso de Ni. También es posible prever una capa adhesiva con el 30% en peso de Cr y el 30% en peso de Ni.

La capa adhesiva está configurada de forma ventajosa como capa de bloqueo, que minimiza la interdifusión entre el álabe de turbina y la capa adhesiva. De este modo se garantiza que no se forme ninguna fase ni estructura mixta indeseada en el material base.

Conforme a otra forma de ejecución de la invención está previsto que la capa adhesiva esté configurada en varias capas. En este caso la primera capa aplicada directamente al álabe de turbina actúa como capa de bloqueo para las otras capas, configuradas sobre la primera capa. Esto se produce por medio de que la primera capa minimiza la interdifusión entre los componentes del álabe de turbina y los de la otra capa.

Ha quedado demostrado que puede obtenerse una pieza constructiva conforme a la invención con una elevada resistencia a la temperatura, corrosión y oxidación, si la capa de protección calorífuga se compone de una cerámica, por ejemplo sobre base de óxido de circonio.

A continuación se explica con más detalle la invención, con base en dos ejemplos de ejecución y haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Aquí muestran:

la figura 1 una sección transversal esquemática a través de una primera pieza constructiva conforme a la invención,

la figura 2 una sección transversal esquemática a través de una segunda pieza constructiva conforme a la invención,

la figura 3 una vista en perspectiva de un álabe de paleta o de un álabe guía de una turbo-máquina,

la figura 4 una turbina de vapor en un corte parcial longitudinal.

La figura 1 muestra una sección transversal esquemática a través de un primer álabe de turbina conforme a la invención. El álabe de turbina 1 se compone de un cuerpo básico 2, que se compone aquí de una aleación base de níquel. A este cuerpo básico 2 se ha aplicado en plano una capa adhesiva 3, que se compone de entre 22% y el 36% en peso de Cr, entre el 15% y el 30% en peso de Ni, como máximo 50 ppm de Al y Fe como base. La capa adhesiva 3 puede ser adicionalmente también de entre el 1% y el 3% en peso de Si. Sobre la capa adhesiva 3 se ha configurado a su vez una capa de protección calorífuga 4 en plano, que en este caso contiene una cerámica sobre base de óxido de circonio. La capa adhesiva 3 está configurada como capa de bloqueo, que minimiza la interdifusión entre los componentes del cuerpo base y los de la capa adhesiva. Con ello es responsable de que no se forme ninguna fase ni estructura mixta indeseada en el material base, pero por otro lado permite una cierta medida de interdifusión que hace posible una adhesión óptima de la capa adhesiva sobre el material base.

Para producir el álabe de turbina 1 conforme a la invención, en un primer paso se aplica la capa adhesiva 3 en plano con ayuda de los procedimientos de recubrimiento conocidos en el estado de la técnica sobre el cuerpo básico 2, en donde por ejemplo son adecuados APS, HVOF y LPPS. A continuación se aplica en un segundo plano la capa de protección calorífuga como recubrimiento exterior, en plano, a la capa adhesiva. También para esto son adecuados los procedimientos conocidos en el estado de la técnica, ya citados.

La figura 2 muestra una segunda forma de ejecución de una pieza constructiva 1 conforme a la invención en un corte esquemático. Aquí se trata de una hoja de turbina 120, 130 de una turbina de gas 100, que presenta un cuerpo básico 2 que se compone de una super-aleación de níquel. Sobre la superficie del cuerpo básico 2 está configurada una capa adhesiva 3 multi-capa, en donde una primera capa 5 está dispuesta directamente sobre el cuerpo básico 2. Otra capa 6 puede aplicarse a la primera capa 5. La primera capa 5 actúa como capa de bloqueo para la otra capa 6, por medio de que minimiza la interdifusión entre los componentes del cuerpo básico 2 y los de la otra capa 6. La primera capa 5 tiene una composición de entre el 22% y el 36% en peso de Cr, entre el 15% y el 30% en peso de Ni, como máximo 55 ppm de Al, entre el 1% y el 3% en peso de Si y Fe como base. La otra capa 6 está recubierta...

1. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina con un sistema de recubrimiento, que presenta al menos una capa adhesiva (3) aplicada directamente a la pieza constructiva (1) y en especial una capa de protección calorífuga (4) configurada sobre la capa adhesiva (3), caracterizado porque la capa adhesiva (3) se compone de entre el 22% y el 36% en peso de Cr, entre el 15% y el 30% en peso de Ni, Fe como base, como máximo 55 ppm de Al, opcionalmente entre el 1% y el 3% en peso de Si.

2. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 1, cuya capa adhesiva (3) se compone de cromo (Cr), níquel (Ni), silicio (Si), hierro (Fe) y opcionalmente aluminio (Al).

3. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 1, cuya capa adhesiva (3) se compone de cromo (Cr), níquel (Ni), hierro (Fe) y opcionalmente aluminio (Al).

4. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 1, cuya capa adhesiva (3) se compone de cromo (Cr), níquel (Ni), silicio (Si), hierro residual, opcionalmente: aluminio (Al).

5. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 1, cuya capa adhesiva (3) se compone de cromo (Cr), níquel (Ni), hierro residual (Fe), opcionalmente: aluminio (Al).

6. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa adhesiva (3) contiene un 25% en peso de Cr y un 20% en peso de Ni.

7. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa adhesiva (3) contiene un 30% en peso de Cr y un 30% en peso de Ni.

8. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la capa adhesiva (3) está configurada como capa de bloqueo, que minimiza la interdifusión entre la pieza constructiva (1) y la capa adhesiva (3).

9. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la capa adhesiva (3) está configurada en varias capas.

10. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 9, caracterizado porque la primera capa (5) aplicada a la pieza constructiva de la capa adhesiva (3) actúa como capa de bloqueo para al menos otra capa (6) configurada sobre la primera capa (5), por medio de que minimiza la interdifusión entre la pieza constructiva (1) y la otra capa (6).

11. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la capa de protección calorífuga (4) contiene una cerámica.

12. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la capa de protección calorífuga (4) se compone de una cerámica.

13. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la pieza constructiva se compone de un sustrato (2), de una capa adhesiva (3) y de una capa de protección calorífuga.

14. Álabe de turbina (120, 130) de una turbina según la reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizado porque la cerámica es sobre base de óxido de circonio.