Composición de un material para producir un revestimiento para un componente fabricado de un material base metálico, y componente metálico revestido.

Composición de un material para la fabricación de un revestimiento (5,

15) para un componente (1,10), enparticular para un componente de una turbina, el cual se encuentra compuesto por un material base metálico (3,13),que comprende:

- un material de la matriz, fabricado a base de un aglutinante inorgánico para formar una matriz base delrevestimiento (5,15), y

- al menos un material de relleno a base de compuestos de cromato/fosfato para regular las propiedades derevestimiento deseadas o las características del revestimiento;

caracterizada porque

el material de la matriz y/o el material de relleno comprende o comprenden nanopartículas con tamaños departículas menores a 75nm y porque el material de relleno comprende partículas resistentes a la temperatura comonanopartículas, donde las partículas resistentes a la temperatura comprenden al menos uno de los siguientesmateriales: ZrO2, SiO2, Al2O3, (AlxSiy) Oz.

Composición de un material para producir un revestimiento para un componente fabricado de un material base metálico, y componente metálico revestido.

La presente invención hace referencia a una composición de un material para producir un revestimiento para un componente, en particular para un componente de una instalación de turbina, como por ejemplo un álabe del compresor, que se encuentra fabricado de un material base metálico. La presente invención hace referencia además a un componente metálico revestido. La invención es adecuada, por ejemplo, para ser utilizada en instalaciones de turbinas de gas, en particular para ser utilizada en compresores de instalaciones de turbinas de gas.

Una instalación de turbina de gas, en el caso más sencillo, comprende un compresor, una cámara de combustión y una turbina. En el compresor tiene lugar una compresión del aire succionado, el cual a continuación se mezcla con combustible. En la cámara de combustión tiene lugar, por tanto, una combustión de esta mezcla, donde los gases de combustión alimentan la turbina, tomando energía térmica de los mismos y transformándola en energía mecánica. Por lo general el compresor es accionado por la turbina y comprende una pluralidad de álabes del compresor.

Durante la compresión del aire en el compresor es posible que se condense agua que, en determinadas condiciones y en combinación con otros elementos que se encuentran contenidos en el aire, forme un electrolito que puede producir corrosión y erosión en los álabes del compresor. Para impedir la corrosión y/o la erosión, los álabes del compresor, por lo general, se encuentran provistos de revestimientos. Para ello se consideran en particular revestimientos que, a modo de ejemplo, comprenden una matriz base combinada con fosfato, con partículas metálicas distribuidas en la misma en forma de dispersión, como por ejemplo partículas de aluminio. El efecto de protección de un revestimiento de esta clase se basa en el hecho de que las partículas metálicas contenidas en el revestimiento base, junto con el metal (noble) del álabe del compresor y el electrolito, forman una celda galvánica donde las partículas metálicas conforman los así llamados ánodos de protección (de sacrificio) . De este modo, la oxidación o la corrosión se produce en los ánodos de protección, es decir, en las partículas metálicas, y no en el metal del álabe del compresor.

La matriz base combinada con fosfato posee propiedades vitrocerámicas, es térmicamente estable, también resistente a la corrosión y protege contra efectos mecánicos como la abrasión y la erosión.

El revestimiento, junto con las partículas de metal, puede contener otras partículas como material de relleno. A modo de ejemplo pueden mencionarse aquí partículas colorantes.

Junto con los revestimientos combinados con fosfato se consideran otras clases de revestimientos. En las solicitudes EP 0 142 418 B1, EP 0 905 279 A1 y EP 0 995 816 A1 se describen revestimientos a base de cromato/fosfato. En la solicitud EP 1 096 040 A2 se describe un revestimiento a base de fosfato/borato y en la solicitud EP 0 933 446 B1 se describe un revestimiento a base de fosfato/permanganato. En los revestimientos descritos se utilizan aditivos de partículas con tamaños de partículas de >1 µm. Los revestimientos presentan por tanto estructuras de capas con dimensiones de partículas de más de 1 µm. Para obtener una superficie exterior lisa de los álabes, sobre una capa de imprimación de este tipo - conocida como capa base ("base coat") - se aplica además una capa de protección especialmente lisa - la así llamada capa de acabado o capa externa (“top coat") .

En comparación con el estado del arte mencionado, es objeto de la presente invención proporcionar una composición de un material ventajosa para fabricar un revestimiento de un componente constituido por un material base metálico, en particular un componente de una turbina, más particularmente un álabe del compresor o un álabe de turbina.

Es objeto de la presente invención proporcionar además un componente revestido ventajoso, en particular un componente de turbina y más particularmente un álabe del compresor o un álabe de turbina.

El primer objeto se alcanzará a través de un procedimiento conforme a la reivindicación 1, y el segundo objeto a través de un componente revestido conforme a la reivindicación 18. Las reivindicaciones dependientes presentan conformaciones ventajosas de la invención y pueden ser combinadas unas con otras en la forma deseada.

Una composición del material conforme a la invención para fabricar un revestimiento para un componente, en particular para un componente de una turbina, el cual se encuentra constituido por un material base metálico, es decir, por un metal o una aleación de metales, comprende un material de matriz para formar una matriz base del revestimiento, y al menos un material de relleno para regular las propiedades de revestimiento o las características del revestimiento deseadas. El material de la matriz puede presentar en especial propiedades básicas vitrocerámicas. La composición del material conforme a la invención se caracteriza porque el material de la matriz y/o el material de relleno, comprende o comprenden nanopartículas con tamaños de las partículas menores a 1 µm. De forma preferente, los tamaños de las partículas se situan dentro de un rango de 50 µm a 200 µm.

Se utilizan nanopartículas para, entre otras funcionalidades, conformar una estructura de capas ultrafina. Gracias a ello pueden mejorarse propiedades que dependen del tamaño granular, como por ejemplo la tenacidad a la fractura, estabilidad, resistencia al choque térmico, etc. de la estructura de capas. Los materiales con un tamaño granular dentro del rango de los nanómetros, condicionados por su gran tensión superficial, poseen una actividad de sinterización extremadamente elevada. La elevada cantidad de átomos en la zona límite superficial, y los cortos caminos de difusión presentes en las nanopartículas, conducen a que a una temperatura de aproximadamente un 20% a un 40% menor que la temperatura de fusión del material de volumen, ya sea posible una sinterización de la composición del material. Esto tiene a su vez un efecto positivo sobre el crecimiento granular en el material.

Se observa además que los materiales que presentan una nanoestructura son más resistentes a la corrosión, como anticorrosivos, cuando son expuestos a medios corrosivos, que los revestimientos de granulación gruesa, de acuerdo con el estado del arte. La protección anticorrosiva mejorada en los metales reside en la presencia de una cantidad mayor de defectos distribuidos finamente de forma regular, los cuales se localizan principalmente en los límites de los gránulos. La distribución ultrafina de los defectos impide una concentración local elevada de aniones perjudiciales (por ejemplo cloruro, sulfato, etc.) . Como resultado se requiere una energía cinética mayor para la concentración de aniones y la acidificación consecutiva, debido a lo cual es necesario un potencial anódico más elevado para un crecimiento estable de los poros.

La composición del material con nanopartículas, también en relación a otras propiedades, presenta grandes diferencias con respecto a las composiciones de materiales de gránulos gruesos, es decir con tamaños de partículas de más de 1 µm. Por ejemplo, la dureza típica del metal con tamaños de partículas de aproximadamente 10 µm es mayor en un factor 2 a 7 en comparación con el mismo metal con partículas de aproximadamente 1 µm. Se produce además el fenómeno duro-blando de los materiales nanoestructurados. El material duro se vuelve más dúctil, el material blando se vuelve más duro. Debido a este fenómeno duro-blando, mediante la composición del material conforme a la invención pueden fabricarse revestimientos con una disminución del grado de fragilidad.

En una conformación de la invención, los constituyentes sólidos del material de la matriz se presentan en forma de nanopartículas. La conformación de los constituyentes sólidos del material de la matriz como nanopartículas aumenta la estabilidad térmica, la resistencia a la corrosión, así como la resistencia frente a efectos mecánicos de un revestimiento fabricado en base a la composición del material. La utilización de nanopartículas en el material de la matriz, en particular de forma combinada con la utilización de nanopartículas en el material de relleno, permite además producir revestimientos más lisos que las composiciones de gránulos gruesos acordes al estado del arte. Ya no se requiere por lo tanto una capa de acabado (top coat) . Al eliminar en el procedimiento el paso... [Seguir leyendo]

1. Composición de un material para la fabricación de un revestimiento (5, 15) para un componente (1, 10) , en particular para un componente de una turbina, el cual se encuentra compuesto por un material base metálico (3, 13) , que comprende:

- un material de la matriz, fabricado a base de un aglutinante inorgánico para formar una matriz base del revestimiento (5, 15) , y

- al menos un material de relleno a base de compuestos de cromato/fosfato para regular las propiedades de revestimiento deseadas o las características del revestimiento;

caracterizada porque el material de la matriz y/o el material de relleno comprende o comprenden nanopartículas con tamaños de partículas menores a 75nm y porque el material de relleno comprende partículas resistentes a la temperatura como nanopartículas, donde las partículas resistentes a la temperatura comprenden al menos uno de los siguientes materiales: ZrO2, SiO2, Al2O3, (AlxSiy) Oz.

2. Composición de un material conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque los tamaños de las partículas de las nanopartículas se situan en un rango de 20nm a 50nm.

3. Composición de un material conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los constituyentes sólidos del material de la matriz se presentan en forma de nanopartículas.

4. Composición de un material conforme a la reivindicación 3, caracterizada porque las nanopartículas comprenden al menos uno de los siguientes materiales: Al, CrO3, MgO, Al2O3, H3BO3.

5. Composición de un material conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material de relleno comprende partículas de metal o de aleaciones de metal como nanopartículas.

6. Composición de un material conforme a la reivindicación 5, caracterizada porque las partículas de metal o de aleaciones de metal comprenden al menos uno de los siguientes metales: Al, Mg, Fe, Ni, Co, Ti, Zn.

7. Composición de un material conforme a una de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizada porque las partículas de metal o de aleaciones de metal están desactivadas.

8. Composición de un material conforme a la reivindicación 7, caracterizada porque las partículas de metal o de aleaciones de metal, para la desactivación, comprenden una capa de óxido, una capa de fosfato o una capa de desactivación compatible con la matriz base y/u otras sustancias de relleno.

9. Composición de un material conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el material de relleno comprende partículas de materiales de gran dureza como nanopartículas.

10. Composición de un material conforme a la reivindicación 9, caracterizada porque las partículas de materiales de gran dureza comprenden al menos uno de los siguientes materiales: diamante, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, corindón.

11. Composición de un material conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el material de relleno comprende lubricantes secos como nanopartículas.

12. Composición de un material conforme a la reivindicación 11, caracterizada porque los lubricantes secos comprenden al menos uno de los siguientes materiales: grafito, MoS2, WS2, ZrOxNy.

13. Composición de un material conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el material de relleno comprende pigmentos de colores de al menos una clase de pigmentos como nanopartículas.

14. Composición de un material conforme a la reivindicación 13, caracterizada porque el material de relleno comprende una mezcla de diferentes clases de pigmentos como nanopartículas.

15. Componente metálico revestido (1, 10) con un revestimiento (5, 15) fabricado en base a una composición de un material conforme a una de las reivindicaciones precedentes.

16. Componente metálico revestido conforme a la reivindicación 15, caracterizado porque el revestimiento (15) se encuentra fabricado en base a una composición del material conforme a la reivindicación 14 ó 15 y porque el revestimiento (15) comprende al menos dos capas (17, 19) que contienen diferentes clases de pigmentos.

17. Componente metálico revestido (1, 10) conforme a la reivindicación 15 ó 16, caracterizado por su conformación como componente de una instalación de turbina.