POLVO CERÁMICO, CAPA CERÁMICA Y SISTEMA DE CAPAS CON FASES PIROCLORO Y ÓXIDOS.

Polvo cerámico, capa cerámica y sistema de capas con fases pirocloro y óxidos La presente invención comprende un polvo cerámico, una capa cerámica y un sistema de capas con pirocloros y óxidos acorde a las reivindicaciones 1, 15 y 16. Un sistema de capas de este tipo presenta un sustrato con una aleación de metal a base de níquel o cobalto. Dichos productos sirven sobre todo como componentes de construcción de una turbina de gas, especialmente, como álabes de turbina de gas o escudos contra el calor. Dichos componentes están expuestos a un flujo de gas caliente y a gases de combustión agresivos. Por ello, deben poder resistir cargas térmicas elevadas. Por lo demás es encesario que dihcos componentes sean resistentes a la oxidación y a la corrosión. Sobre todo los componentes móviles, por ejemplo, los álabes de turbina de gas, pero también los componentes estáticos deben cumplir además con requisitos mecánicos. La potencia y el rendimiento de una turbina de gas en la cual se utilizan componentes de construcción sometidos a gases calientes se incrementan a medida que aumenta la temperatura de servicio. Para obtener un mayor rendimiento y una mejor potencia, los componentes muy afectados por las temperaturas elevadas se revisten con un material cerámico. Éste actúa como capa de aislamiento térmico entre el flujo de gas caliente y el sustrato metálico. El cuerpo base metálico es protegido del flujo de gas caliente gracias a los revestimientos. A su vez, los componentes modernos en general presentan varios revestimientos que cumplen tareas específicas. Es decir que cuentan con un sistema multicapa. Dado que la potencia y el rendimiento de las turbinas de gas aumentan al incrementar la temperatura de servicio, siempre se ha intentado obtener un mayor rendimiento de dichas turbinas de gas mediante una mejora del sistema de revestimiento. La memoria EP 0 944 746 B1 presenta la utilización de pirocloros como capa de aislamiento térmico. Sin embargo, para la utilización de un material como capa de aislamiento térmico no sólo se requieren características de aislamiento térmico, sino también características mecánicas adecuadas así como una buena adherencia al sustrato. La memoria EP 0 992 603 A1 presenta un sistema de de aislamiento térmico de óxido de gadolinio y óxido de circonio sin estructura pirocloro. La memoria US 2004/0106015 A1 presenta un polvo y una capa de aislamiento térmico con una estructura pirocloro. Por ello, el objeto de la presente invención es presentar un polvo cerámico, una capa cerámica y un sistema de capas con características adecuadas de aislamiento térmico así como una buena adherencia al sustrato y, con ello, una vida útil prolongada de todo el sistema de capas. La presente invención se basa en el conocimiento de que todo el sistema se debe considerar como unidad y no se debe pensar en capas individuales o en capas individuales aisladas entre sí para su optimización, para obtener una vida útil prolongada. El objeto se alcanza con un polvo cerámico, una capa cerámica y un sistema de capas acordes a las reivindicaciones 1, 15 o 16. En las subreivindicaciones se presentan otras medidas ventajosas que pueden ser combinadas libremente entre sí de manera ventajosa. Se muestran: Figura 1 un sistema de capas acorde a la invención, Figura 2 una lista de superaleaciones, Figura 3 una vista en perspectiva de un álabe, Figura 4 una vista en perspectiva de una cámara de combustión, Figura 5 una turbina de gas. ES 2 368 005 T3 El polvo pirocloro cerámico acorde a la invención, de la fórmula general A2B2O7 presenta, como componente adicional, un óxido CrOs de un metal (O = oxígeno; B = Hf, Zr, Ti, Sn; A = Gd, Sm, Nd, La, Y). El componente metálico del óxido secundario se identifica aquí con C. La composición del polvo cerámico también se explica a modo de ejemplo a partir de la composición de la capa cerámica 13 (figura 1). En general, siempre se pueden presentar desviaciones de la estequiometría de la estructura pirocloro general A2B2O7. 2 Preferentemente se utilizan las estructuras priocloro en donde A = gadolinio, dado que con ello se logran muy buenas características de aislamiento térmico. Según la aplicación, se utiliza un hafnato o circonato, de modo que B = hafnio o circonio. Preferentemente, se utiliza hafnato de gadolinio o circonato de gadolinio. El hafnato de gadolinio presenta, en su forma en polvo, 43 % en peso a 50 % en peso, preferentemente, 44,7 % en peso a 47,7 % en peso de óxido de gadolinio y restos de óxido de hafnio y de óxidos secundarios, preferentemente, sólo óxido de circonio y los coadyuvantes de sinterización. El circonato de gadolinio presenta, como polvo, 56 % a 63 %, preferentemente, 58 % a 61 % en peso de óxido de gadolinio y restos de óxido de circonio y de óxidos secundarios, preferentemente, sólo óxido de hafnio, y coadyuvantes de sinterización. La capa cerámica 13 (figura 1) o el polvo cerámico presentan una fase pirocloro de la fórmula aditiva general AxByCz con x, y 2, z 7 y un óxido secundario CrOs con r, s > 0. El óxido secundario CrOs se agrega de manera expresa al polvo, es decir, se encuentra claramente por encima del límite de detección mediante técnica de medición del óxido secundario, es decir, presenta al menos un valor doble al límite de detección del óxido secundario. El óxido secundario presenta una proporción de 0,5 % a 10 % en peso, especialmente, una proporción de 1 % a 10 % en peso. La proporción máxima de óxido secundario se encuentra, preferentemente, en 8 % en peso, especialmente, como máximo, en 6 % en peso y, especialmente, entre 5 % y 7 % en peso. La proporción máxima de óxido secundario también se encuentra, preferentemente, en 3 % en peso, especialmente, como máximo, en 2 % en peso y, especialmente, entre 1,5 % y 2,5 % en peso. El polvo cerámico consiste especialmente en, al menos, una fase pirocloro y, al menos, un óxido secundario. Para el óxido secundario no se utiliza el óxido de B (C B). Si B C, se logra, sin embargo, un incremento de la resistencia mecánica. Por ello se utiliza óxido de hafnio o de circonio, dado que son especialmente resistentes a temperaturas elevadas y no se producen difusiones y con ello, se evita una modificación de la fase de la estructura pirocloro. La capa cerámica 13 o el polvo cerámico presenta sólo una fase pirocloro, de modo que en el caso de la utilización a temperaturas muy cambiantes no se presenten tensiones térmicas entre diferentes fases. Preferentemente, la capa cerámica 13 o el polvo cerámico presentan sólo un óxido secundario. El óxido secundario puede ser óxido de hafnio u óxido de circonio. Del mismo modo, se pueden utilizar dos óxidos secundarios, especialmente, óxido de hafnio y de circonio, para que las características mecánicas puedan ser mejoradas. A su vez, los óxidos secundarios pueden encontrarse, preferentemente, sólo como óxido, de modo que se presente una fase secundaria que provoque un fortalecimiento mecánico o se encuentran presentes como cristales mixtos entre sí o con la fase pirocloro, de modo que se reduzcan aún más la conductividad térmica gracias a las tensiones creadas en la rejilla. Para aprovechar las ventajas de ambos modos de presentación de los óxidos secundarios, el o los óxidos secundarios pueden presentarse tanto como óxidos o como cristales mixtos en la fase pirocloro. Si B C. En ese caso, un polvo pirocloro de circonato de gadolinio, especialmente, Gd2Zr2O7, óxido de hafnio, especialmente, con una proporción de 1,5 % a 2,5 % en peso, sobre todo, 2 % en peso. Preferentemente, presenta hafnato de gadolinio, especialmente, Gd2Hf2O7, óxido de circonio, especialmente, con una proporción de 5 % a 7 % en peso, sobre todo, de hasta 6 % en peso. Preferentemente, el o los pirocloros presentan los siguientes componentes opcionales como coadyuvantes de la sinterización: hasta 0,05 % en peso de óxido de silicio, hasta 0,1% en peso de óxido de calcio, hasta 0,1% en peso de óxido de magnesio, ES 2 368 005 T3 3 (fortgesetzt) hasta 0,1 % en peso de óxido de hierro, hasta 0,1 % en peso de óxido de aluminio, hasta 0,08 % en peso de óxido de titanio. ES 2 368 005 T3 Al revestir en el caso de una posterior utilización a temperaturas elevadas, dichos coadyuvantes de sinterización contribuyen a crear capas herméticas y estables. Preferentemente no se utilizan coadyuvantes de sinterización adicionales. La figura 1 muestra un sistema de capas 1 acorde a la invención. El sistema de capas 1 presenta un sustrato metálico 4, que consiste, especialmente en el caso de componentes a utilizar a temperaturas elevadas, en superaleaciones basadas en níquel o cobalto (figura 2). Es preferible que directamente sobre el sustrato 4 se encuentre una capa metálica adherente 7, especialmente, del tipo NiCoCrALX, que presente, preferentemente, (11 - 13) % en... [Seguir leyendo]

1. Polvo cerámico que contiene sólo una fase pirocloro de la fórmula aditiva Ax- ByOz con x, y 2, z 7 y un óxido secundario CrOs con r, s > 0, especialmente, con una proporción de óxido secundario de 0,5 % a 10 % en peso, en donde C = hafnio (Hf) o C = circonio (Zr), en donde B =hafnio (Hf) o B =circonio (Zr), y C B. 2. Polvo cerámico acorde a la reivindicación 1, en donde A = gadolinio (Gd). 3. Polvo cerámico acorde a la reivindicación 1, que presenta, como máximo, 3% en peso, especialmente, como máximo, 2 % en peso y especialmente 1,5 % en peso a 2,5 % en peso de un óxido secundario. 4. Polvo cerámico acorde a la reivindicación 1, que presenta, como máximo, 8% en peso, especialmente, como máximo, 6 % en peso y especialmente 5 % en peso a 7 % en peso de un óxido secundario. 5. Polvo cerámico acorde a la reivindicación 1 o 3, en donde el óxido secundario es óxido de hafnio (HfO2). 6. Polvo cerámico acorde a la reivindicación 1 o 4, en donde el óxido secundario es óxido de circonio (ZrO2). 7. Polvo cerámico acorde a una de las reivindicaciones 1 a 6, que presenta, como coadyuvante de sinterización: hasta 0,05% en peso de óxido de silicio, hasta 0,1 % en peso de óxido de calcio, hasta 0,1 % en peso de óxido de magnesio, hasta 0,1 % en peso de óxido de hierro, hasta 0,1 % en peso de óxido de aluminio, hasta 0,08 % en peso de óxido de titanio. ES 2 368 005 T3 8. Polvo cerámico acorde a una de las reivindicaciones anteriores, que sólo presenta un óxido secundario CrOs. 9. Polvo cerámico acorde a una de las reivindicaciones anteriores, que sólo presenta dos óxidos secundarios CrOs y CrOs. 10. Polvo cerámico acorde a una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el óxido secundario o los óxidos secundarios sólo se encuentran en forma de óxido. 11. Polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 10, en el cual el óxido secundario o los óxidos secundarios se encuentran en su totalidad como cristal mixto. 12. Polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 10, en el cual el óxido secundario o los óxidos secundarios se encuentran en forma de óxido o de cristal mixto. 13. Polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 12, que consiste en fases pirocloro A2B2O7, óxidos y coadyuvantes de sinterización. 14. Polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 13, que consiste en fases pirocloro, óxidos secundarios y sin coadyuvantes de sinterización acorde a la reivindicación 7. 15. Capa cerámica (13), obtenida a partir de un polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 14, especialmente, conformada exclusivamente por el polvo cerámico acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores 1 a 14. 16. Sistema de capas, que presenta un sustrato (4) y una capa cerámica (13) acorde a la reivindicación 19, que conforma, especialmente, la capa exterior (13). 8 ES 2 368 005 T3 17. Sistema de capas acorde a la reivindicación 16, que presenta una capa metálica adherente (7), que presenta (7), especialmente, una aleación de NiCoCrAlX, sobre todo, que consiste en ella. 18. Sistema de capas acorde a la reivindicación 16 o 17, que cuente con una capa cerámica interior (10), especialmente, sobre la capa metálica adherente (7), sobre todo, una capa de óxido de circonio estabilizada, especialmente, una capa de óxido de circonio estabilizada con itrio, en donde en la capa cerámica interior (10) se encuentre la capa cerámica (13). 19. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 10 % y 50 %, especialmente, entre 10 % y 40 %, del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 20. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 10 % y 30% del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 21. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 20% y 40% del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 22. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 50 % y 90 %, especialmente, entre 60 % y 90 %, del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 23. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 70 % y 90 % del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 24. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de entre 60 % y 80 % del grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13). 25. sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones 18 a 24, en donde la capa interior (10) presenta un grosor de capa de 100 µm a 200 µm, especialmente, de 150 µm ± 50 µm. 26. Sistema de capas acorde a la reivindicación 17, en donde la capa metálica adherente (7) presenta una composición (en % en peso) de11 % - 13 % de cobalto, 20 % - 22 % de cromo, 10,5 % -11,5 % de aluminio, 0,3 % - 0,5 % de itrio, 1,5 % - 2,5 % de renio y un resto de níquel, especialmente, que consiste en ello. 27. Sistema de capas acorde a la reivindicación 17, en donde la capa metálica adherente (7) presenta una composición (en % en peso) de 24 % - 26% de cobalto, 16% - 18% de cromo, 11 % de aluminio, 0,3 % - 0,5 % de itrio, 1 % - 1,8 % de renio y un resto de níquel, especialmente, que consiste en ello. 28. Sistema de capas acorde a la reivindicación 18, en donde la capa de óxido de circonio estabilizada con itrio presenta 6 % - 8 % en peso de itrio. 29. Sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones 18 a 25, en el cual el grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13) es de, al menos, 300 µm, especialmente, de 300 µm. 30. Sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones 18 a 25, en el cual el grosor de capa total de la capa interior (10) y de la capa exterior (13) es de, al menos, 450 µm, especialmente, de 450 µm. 31. Sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones 18 a 25, en el cual el grosor de capa total es de, como máximo 600 µm, especialmente, como máximo, 800 µm. 32. Sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, que consiste en un sustrato (4), una capa metálica (7), una capa cerámica interior (10) y una capa cerámica exterior (13). 33. Sistema de capas acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, que consiste en un sustrato (4), una capa metálica (7), una capa de óxido sobre la capa metálica (7) una capa cerámica interior (10) y una capa cerámica exterior (13). 9 ES 2 368 005 T3 ES 2 368 005 T3 11 ES 2 368 005 T3 12 ES 2 368 005 T3 13