Phase transformations in air plasma-sprayed yttria-stabilized zirconia thermal barrier coatings

Abstract

En este trabajo, las transformaciones de fase en Recubrimientos de Barrera Térmica (TBC) constituidos por ZrO 2 – 8 wt.% Y2O3 (zirconia - 8 wt.% ytrria) fueron estudiados a través de Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento Rietveld. Las muestras de TBC fueron depositadas mediante aspersión por plasma atmosférico sobre un sustrato tipo Inconel 625 y fueron tratadas térmicamente con dos condiciones diferentes: en la primera se utilizó una temperatura de 1100oC con tiempos de exposición entre 1 hora y 1000 horas; en la segunda las muestras fueron sometidas a temperaturas entre 700oC y 1100o durante 50 horas. De acuerdo a los resultados obtenidos mediante refinamiento Rietveld el contenido de fase cúbica en el recubrimiento (TC) se incrementa con el tiempo y la temperatura, desde 7.3 wt.% hasta 15.7 wt.% después de 1000 horas a 1100oC. La fase cúbica en grandes cantidades es indeseable debido a que presenta inferiores propiedades mecánicas cuando se compara con la fase tetragonal. Después de 800 horas de exposición a alta temperatura, el contenido de Y2O3 en la fase tetragonal se reduce hasta 6.6 wt.% y una fracción de la fase tetragonal transforma a monoclínica durante el enfriamiento. La fase monoclínica alcanza 18.0 wt.% después de 1000 horas. Esta fase es también indeseable porque además de tener una mayor conductividad térmica, la transformación de tetragonal a monoclínica viene acompañada de un cambio volumétrico de alrededor de 5% que promueve la formación y propagación de grietas, las cuales comprometen la integridad del recubrimiento.