Aplicación del Revestimiento Resistente al Desgaste de Carburo de Silicio en Cojinetes

Tecnología Central TBC para Revestimientos de Válvulas de Cierre

Los revestimientos de barrera térmica en piezas de válvulas deben proporcionar adhesión, resistencia a la erosión y aislamiento térmico, preservando al mismo tiempo el ajuste dimensional y la integridad del sellado.

• Capa superior cerámica basada en YSZ para aislamiento y resistencia a la fatiga térmica

• Capa de unión MCrAlY para protección contra oxidación y anclaje del TBC

• Rociado por plasma en atmósfera inerte para control de porosidad

• Espesores de revestimiento de 80–250 μm dependiendo de la aplicación y exposición

Todos los procesos siguen las directrices de revestimiento AMS 2437, ISO 14923 y NADCAP.

Materiales Comúnmente Revestidos en Ensamblajes de Válvulas de Cierre

Estos sustratos se benefician de revestimientos cerámicos que reducen la oxidación superficial y los gradientes térmicos durante el funcionamiento cíclico.

Estudio de Caso: Tapón de Válvula de Inconel 625 Revestido con YSZ para Turbina de Vapor

Antecedentes del Proyecto

Un cliente requirió un revestimiento YSZ aplicado por plasma en un tapón de válvula de Inconel 625 utilizado en una turbina de vapor de alta presión que opera a 920°C. El espesor objetivo del revestimiento era de 150 μm con un acabado superficial Ra ≤ 5 μm. Primero se aplicó la capa de unión MCrAlY, seguida de la capa superior de YSZ.

Componentes de Válvula Típicamente Revestidos y Aplicaciones

Los revestimientos están diseñados para aislamiento térmico, preservación de la superficie de sellado y estabilidad dimensional durante largos intervalos de servicio.

Desafíos en el Revestimiento de Barrera Térmica para Componentes de Válvulas de Cierre

1. Falla de adhesión de la capa de unión ocurre después de 500 ciclos térmicos cuando la rugosidad superficial del sustrato excede Ra 6.0 μm antes del revestimiento.

2. Erosión por partículas de vapor conduce al adelgazamiento de la capa superior de YSZ más allá del 25% dentro de las 1000 horas en sistemas de flujo de 30 m/s.

3. Agrietamiento en las capas superiores se origina en esquinas afiladas con radios inferiores a 1.0 mm bajo choque térmico por encima de 950°C.

4. El riesgo de deslaminación aumenta cuando el desajuste de expansión térmica excede 15 × 10⁻⁶/K entre el sustrato y las capas cerámicas.

5. Los requisitos de acabado superficial por debajo de Ra 5 μm son críticos para las zonas de sellado y deben mantenerse después del revestimiento.

Soluciones de TBC por Plasma para Ensamblajes de Válvulas de Cierre

1. Rociado por plasma LPPS logra una porosidad inferior al 5% y una resistencia de unión superior a 30 MPa para entornos térmicos de alto ciclo.

2. Precisión de enmascaramiento ±0.1 mm protege las caras de sellado durante el proceso de rociado, asegurando que no haya cerámica en las superficies mecanizadas.

3. YSZ con 8% en peso de Y₂O₃ como estabilizador mantiene la estabilidad de fase tetragonal hasta 1200°C bajo condiciones de ciclado térmico repetido.

4. Tratamiento HIP previo al rociado a 1030°C elimina la porosidad interna antes de la aplicación de la capa cerámica para una mejor adhesión.

5. La verificación por CMM asegura que todas las dimensiones críticas revestidas permanezcan dentro de ±0.01 mm después del revestimiento.

Resultados y Verificación

Métodos de Fabricación

Los sustratos fueron mecanizados por CNC a partir de Inconel y Hastelloy forjados o fundidos. Las capas de unión fueron aplicadas por plasma seguidas de capas superiores cerámicas bajo temperatura y atmósfera controladas.

Acabado de Precisión

El acabado superficial posterior al rociado fue rectificado hasta Ra 4.8 μm. Las dimensiones críticas fueron revisadas nuevamente por CMM y pulidas a mano donde se requería integridad de sellado.

Post-Procesamiento

Las piezas recibieron tratamiento térmico después de la aplicación del TBC para estabilizar la unión. Se realizó una pasivación final para eliminar contaminantes residuales.

Inspección

Las pruebas de rayos X validaron la adhesión del revestimiento y el espesor de las capas. El SEM confirmó que no había deslaminación ni grietas. Todos los revestimientos cumplieron con las especificaciones del cliente para adhesión (≥30 MPa) y resistencia térmica.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Qué composiciones cerámicas se utilizan para los TBC de válvulas?

2. ¿Cómo se asegura la adhesión de los revestimientos en superficies curvas de válvulas?

3. ¿Cuál es el espesor típico de revestimiento para válvulas de cierre de turbinas?

4. ¿Se pueden revestir las superficies de sellado o deben enmascararse?

5. ¿Son los TBC aplicables a cuerpos de válvula de acero inoxidable?