ELEMENTO COMPONENTE CON UNA CAPA PROTECTORA PARA LA PROTECCIÓN DEL ELEMENTO COMPONENTE CONTRA LA CORROSIÓN Y CONTRA LA OXIDACIÓN A ELEVADAS TEMPERATURAS.

Elemento componente con una capa protectora para llevar a cabo la protección de un elemento componente frente a la corrosión y frente a la oxidación a elevadas temperaturas,

que está constituido por los elementos siguientes (indicaciones en porcentaje en peso): desde un 0,5 hasta un 2 % de renio, desde un 15 hasta un 21 % de cromo, desde un 24 hasta un 26 % de cobalto, desde un 9 hasta un 11,5 % de aluminio desde un 0,05 hasta un 0,7 % de itrio y/o de, al menos, de un metal equivalente del grupo que comprende el escandio y los elementos de las tierras raras, desde 0,0 hasta un 1,0 % de rutenio, siendo el resto níquel así como impurezas, que se deben a la fabricación

La invención se refiere a una capa protectora para llevar a cabo la protección de un elemento componente contra la corrosión y contra la oxidación a elevadas temperaturas, de conformidad con la reivindicación 1, siendo el elemento componente, de manera especial, un elemento componente de una turbina de gas, y a un procedimiento, de conformidad con la reivindicación 5.

La invención se refiere, de manera especial, a una capa protectora para un elemento componente, que está constituida por una superaleación a base de níquel o de cobalto.

Se conocen en el estado de la técnica, en un gran número, capas protectoras para elementos componentes metálicos, que aumentarían su estabilidad frente a la corrosión y/o su estabilidad frente a la oxidación. La mayoría de estas capas protectoras son conocidas bajo el nombre genérico de MCrAlX, siendo M, al menos, uno de los elementos del grupo que está constituido por el hierro, el cobalto y el níquel y siendo los otros componentes esenciales el cromo, el aluminio y siendo X = itrio, pudiendo estar reemplazado este último también, en su totalidad o en parte, por un elemento equivalente del mismo, que se elige entre el grupo que comprende el escandio y los elementos de las tierras raras.

Se conocen recubrimientos típicos de ese tipo por las patentes norteamericanas US 4,005,989, US 4,034,142, US 5273712.

Por otra parte, se conocen por la publicación EP-A 0 194 392 numerosas composiciones especiales para capas protectoras, del tipo que ha sido citado más arriba, con adiciones de otros elementos, para diversas finalidades de aplicación. En ese caso se ha citado, también, el elemento renio con adiciones de hasta un 10% de partes en peso junto con un gran número de otros elementos que pueden ser añadidos a elección. Sin embargo, ninguna de las capas protectoras, de las que han sido indicadas, está cualificada para condiciones especiales debido al amplio intervalo, poco especificado, de las posibles adiciones, como las condiciones que se presentan, por ejemplo, en los álabes de rodete y en los álabes directores de las turbinas de gas con elevadas temperaturas de entrada, que tienen que hacerse trabajar durante prolongados períodos de tiempo.

De igual modo, se conocen capas protectoras, que contienen renio, por la patente norteamericana US 5,154,885, por la publicación EP-A 0 412 397, por la publicación DE 694 01 260 T2 y por la publicación WO 91/02108 A1.

De igual modo, la publicación EP 1 306 454 A1 divulga una capa protectora, que está constituida por níquel, por cobalto, por cromo, por aluminio, por renio y por itrio. No se dispone de indicaciones sobre las proporciones del níquel ni del cobalto.

La publicación US 6,346,134 B1 divulga una capa de MCrAlY, con un contenido en cromo, que está situado en el intervalo comprendido entre un 20 y un 35 % en peso, con un contenido en aluminio, que está situado en el intervalo comprendido entre un 5 y un 15 % en peso, adiciones de hafnio, de renio, de lantano o tántalo así como con un elevado contenido en itrio, que está situado en el intervalo comprendido entre un 4 y un 6 % en peso.

La publicación US 6,280,857 B1 divulga una capa protectora frente a las temperaturas elevadas, que divulga los elementos cobalto, cromo y aluminio a base níquel, la adicional opcional de renio así como la adición obligatoria de itrio y de silicio.

En la publicación EP 0 253 754 91 pueden encontrarse explicaciones relativas a la aplicación superficial de una capa protectora sobre un elemento componente de una turbina de gas, que de be ser sometido a una elevada solicitación térmica.

Los esfuerzos, que están destinados a acrecentar las temperaturas de entrada, tanto en el caso de las turbinas de gas estacionarias así como, también, en el caso de los motores de aviación, tienen un gran significado en el campo técnico de las turbinas de gas puesto que las temperatura de entrada son importantes magnitudes para llevar a cabo la determinación de los rendimientos termodinámicos, que pueden ser alcanzados con las turbinas de gas. Por medio del empleo de aleaciones, especialmente desarrolladas, a título de materiales de base para elementos componentes, que deben ser sometidos a una elevada solicitación térmica, tales como álabes directores y álabes de rodete, especialmente por medio del empleo de superaleaciones monocristalinas, son posibles temperaturas de entrada claramente situadas por encima de los 1.000 °C. Entre tanto, el estado de la técnica permite te mperaturas de entrada de 950 °C y por encima de este valor en el caso de las turbinas de gas estacionarias, así como de 1.100

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°C y por encima de este valor en el caso de las tur binas de gas para los motores de aviación.

Ejemplos relativos a la estructura de un álabe para turbina con un substrato monocristalino que, por su parte, puede estar estructurados de forma compleja, se desprenden de la publicación WO 91/01433 A1.

Mientras que es ampliamente poco problemática la aptitud a la solicitación física de los materiales de base, que han sido desarrollados entre tanto, para los elementos componentes, que están sometidos a elevadas solicitaciones en lo que se refiere a posibles aumentos adicionales de las temperaturas de entrada, para conseguir una estabilidad suficiente frente a la oxidación y frente a la corrosión, debe recurrirse a las capas protectoras. Además de la estabilidad química suficiente de una capa protectora bajo ataques, que son de esperar, por parte de los gases de escape a temperaturas del orden de magnitud de los 1.000 °C, una capa protectora debe tener también pr opiedades mecánicas suficientemente buenas, así mismo en lo que se refiere a la interacción mecánica entre la capa protectora y el material de base. De manera especial, la capa protectora debe ser suficientemente dúctil con objeto de poder seguir eventuales deformaciones del material de base y con objeto de no agrietarse puesto que, de este modo, se generarían puntos de ataque par la oxidación y para la corrosión. En ese caso se plantea, de forma típica, el problema de que un aumento de la proporción de elementos tales como el aluminio y el cromo, que pueden mejorar la estabilidad de una capa protectora frente a la oxidación y frente a la corrosión, conduce a un empeoramiento de la ductilidad de la capa protectora de tal manera, que hay que contar con un fracaso mecánico, especialmente hay que contar con la formación de grietas con ocasión de una solicitación mecánica, que se presenta de manera usual en una turbina de gas. En el estado de la técnica son conocidos ejemplos para llevar a cabo la reducción de la ductilidad de la capa protectora por medio de los elementos cromo y aluminio.

Se conoce por la publicación WO 01/09403 A1 una superaleación para un substrato, que contiene así mismo renio. En dicha publicación se describe que las bases intermetálicas, que están formadas por el renio, reducen la estabilidad a largo plazo de la superaleación. Esto puede reducirse por medio de la adición de rutenio.

Por lo tanto, la invención tiene como tarea proporcionar una capa protectora, que presente una buena estabilidad a elevadas temperaturas en corrosión y en oxidación, que presente una buena estabilidad a largo plazo y que, así mismo, esté adaptada de una manera especialmente buena a una solicitación mecánica que es de esperar, de manera especial, en el caso de una turbina de gas a una elevada temperatura.

La tarea se resuelve por medio de una capa protectora, de conformidad con la reivindicación 1 y por medio de un procedimiento para llevar a cabo la obtención de una capa protectora, de conformidad con la reivindicación 5.

En las reivindicaciones dependientes se ha enumerado otras medidas ventajosas.

Las medidas, que están enumeradas en las reivindicaciones dependientes, pueden ser combinadas entre sí de una forma y manera ventajosas.

La invención está basada, entre otras cosas, en el descubrimiento de que la capa protectora presenta en la capa y en la zona de transición, que está comprendida entre la capa protectora y material de base, segregaciones frágiles de cromo-renio. Estas fases frágiles, que se forman con mayor intensidad con el tiempo y co la temperatura de utilización, conducen, durante el funcionamiento, a grietas longitudinales en la capa, que están fuertemente pronunciadas, así como también en la interfase situada entre la capa y el material de base, con desprendimiento subsiguiente de la capa. Como consecuencia... [Seguir leyendo]

1. Elemento componente con una capa protectora para llevar a cabo la protección de un elemento componente frente a la corrosión y frente a la oxidación a elevadas temperaturas, que está constituido por los elementos siguientes (indicaciones en porcentaje en peso):

desde un 0,5 hasta un 2 % de renio, desde un 15 hasta un 21 % de cromo, desde un 24 hasta un 26 % de cobalto, desde un 9 hasta un 11,5 % de aluminio desde un 0,05 hasta un 0,7 % de itrio y/o de, al menos, de un metal equivalente del grupo

que comprende el escandio y los elementos de las tierras raras, desde 0,0 hasta un 1,0 % de rutenio,

siendo el resto níquel así como impurezas, que se deben a la fabricación.

2. Elemento componente según la reivindicación 1, que contiene para la capa protectora desde un 1 hasta un 1,8 % de renio desde un 16 hasta un 18 % de cromo desde un 9,5 hasta un 11 % de aluminio

desde 0,3 hasta un 0,5 % de itrio y/o de un metal equivalente del grupo que comprende el escandio y los elementos de las tierras raras.

3. Elemento componente según las reivindicaciones 1 o 2, que contiene para la capa protectora un 1,5 % de renio un 17 % de cromo un 25 % de cobalto un 10 % de aluminio

un 0,4 % de itrio y/o de un metal equivalente del grupo que comprende el escandio y los elementos de las tierras raras.

4. Elemento componente según la reivindicación 1, 2 o 3, cuya capa protectora contiene, como máximo, un 6% en volumen de segregaciones de cromo-renio.

5. Procedimiento para la obtención de una capa protectora para un elemento componente, según la reivindicación 1, por medio del empleo de polvo, caracterizado porque el polvo, que es empleado, presenta una proporción de elementos en trazas de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno < 0,5%, porque el contenido en carbono es < 250 ppm, porque el contenido en oxígeno es < 400 ppm, porque el contenido en nitrógeno es < 100 ppm y porque el contenido en hidrógeno es < 50 ppm.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el polvo es inyectado.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el polvo es evaporado.