I vantaggi della polvere YSZ 11-125um per il rivestimento di barriera termica delle pale del motore
Quando la polvere di zirconia stabilizzata con ittrio (polvere YSZ, solitamente 8% Y₂O₃-ZrO₂) viene utilizzata nel rivestimento di barriera termica (TBC) delle pale del motore in un intervallo di dimensioni delle particelle di 11-125 μm, presenta i seguenti vantaggi significativi:
1. Eccellenti prestazioni di conduttività termica e isolamento termico
– Bassa conduttività termica (2,2-2,9 W/m·K): riduce efficacemente la temperatura del metallo di base e prolunga la durata della lama.
– Elevato coefficiente di dilatazione termica (10-11×10⁻⁶/K): simile al substrato in lega ad alta temperatura a base di nichel, riducendo lo stress dell’interfaccia durante i cicli termici.
2. Stabilità di fase ad alta temperatura
– Fase metastabile tetragonale (fase t’): stabilità a lungo termine a 1200-1400°C, evitando l’espansione del volume e la formazione di crepe nel rivestimento causate dalla trasformazione in fase monoclina (fase m) durante il raffreddamento. La polvere di YSZ all’8% mol è chimicamente inerte nell’ambiente di combustione degli idrocarburi dei motori a turbina a gas.
– Effetto drogante dell’ittrio: Y₂O₃ inibisce la trasformazione di fase e migliora l’affidabilità del rivestimento in servizio ad alta temperatura.
3. Buona resistenza agli shock termici
– Elevata tenacità alla frattura: assorbe energia attraverso il meccanismo di tenacità della trasformazione di fase (trasformazione di fase t→m indotta dallo stress) per ritardare la propagazione delle cricche.
– Progettazione ottimizzata delle dimensioni delle particelle: la polvere da 11-125 μm bilancia la densità del rivestimento (porosità ridotta) e la tolleranza alla deformazione (porosità adeguata per alleviare lo stress).
4. Eccellente resistenza alla sinterizzazione e stabilità chimica
– Resistenza alla sinterizzazione ad alta temperatura: la granulometria grossolana (125μm) riduce l’area superficiale specifica e inibisce l’indurimento del rivestimento causato dalla crescita eccessiva dei grani ad alta temperatura (>1200°C).
– Inerzia chimica: resiste alla corrosione CMAS (silicato di calcio, magnesio e alluminio) nei gas di combustione e all’erosione in ambienti ossidanti.
5. Adattabilità del processo
– Adatto per spruzzatura al plasma (APS) o spruzzatura a fiamma: la gamma di dimensioni delle particelle da 11 a 125 μm garantisce fluidità della polvere e forma un rivestimento uniforme (spessore tipico 100-500 μm).
– Elevata efficienza di deposizione: le particelle grossolane riducono la percentuale di particelle non fuse durante la spruzzatura e migliorano la forza di adesione del rivestimento.
6. Miglioramento della resistenza alla corrosione CMAS
– Struttura di particelle di grandi dimensioni: riduce la velocità di penetrazione della fusione CMAS e la modifica del drogaggio (ad esempio Al₂O₃/Ta₂O₅) può ritardare ulteriormente la corrosione.
La zirconia stabilizzata con ittrio (11-125μm) è diventata il materiale preferito per il TBC delle pale dei motori aeronautici e delle turbine a gas, grazie alla sua stabilità di fase ad alta temperatura, all’isolamento termico, alla resistenza agli shock termici e alla facilità di lavorazione.
