Recubrimientos nanoestructurados de circonia estabilizada con itria (YSZ) depositados mediante termorrociado por plasma por suspensión

Abstract

Resumen: Las propiedades de los recubrimientos a base de circonia estabilizada con ytria (YSZ) confieren a estos un excelente desempeño en una amplia gama de aplicaciones que van desde el uso odontológico hasta barreras térmicas, incluyendo también su empleo como electrolitos sólidos en celdas de combustible. En el presente trabajo, se depositaron recubrimientos nanoestructurados delgados de hasta 75 μm de 8YSZ sobre un sustrato de la superaleación Haynes 230, mediante el proceso de termorrociado por plasma por suspensión (SPS), con el fin de servir de enlace (subcapa) entre este sustrato liso, sin preparación previa, y un recubrimiento más grueso microestucturado de YSZ. Se estudió el efecto del espesor de la subcapa y la influencia de los tratamientos térmicos posteriores (TT) a 300 y 600 ̊C sobre su desempeño tribológico a temperatura ambiente (Tamb) y a 650 ̊C. Durante los ensayos de desgaste deslizante con una carga de 2 N contra alúmina, se determinó que la reducción del espesor del recubrimiento de 75 a 25 μm incrementa la resistencia al desgaste aproximadamente 5 veces. Asimismo, para el espesor de 25 μm el TT a la temperatura de 600 ̊C disminuye 6 veces su resistencia al desgaste con respecto a la condición original del recubrimiento. Similarmente, cuando el ensayo se realiza a 650 ̊C, el comportamiento tribológico desmejora significativamente. Los resultados han sido relacionados con los cambios morfológicos que tienen lugar durante el tratamiento térmico. Abstract: The outstanding properties of ytria stabilized zirconia (YSZ) coatings allow an excellent performance of these materials for many applications, ranging from dentistry to thermal barriers, including its use as solid electrolytes in fuel cells. In the present work, nanostructured coatings of 8YSZ with a maximum thickness of 75 μm were deposited on a Haynes 230 superalloy substrate by means of a suspension plasma spraying (SPS) process. The deposited coatings act as a sub-layer between the smooth and unprepared substrate and a thicker microstructured YSZ coating. The effect of the deposited sub-layer thickness and the influence of subsequent heat treatments (TT) at 300 ̊C and 600 ̊C, on its tribological performance at room temperature and 650 ̊C, were studied. During sliding wear tests with a load of 2 N versus alumina, it was determined that reducing the coating thickness from 75 μm to 25 μm increases the wear resistance by approximately 5 times. Also, it was found that the heat treatment at 600 ̊C applied to the coating of 25 μm thickness decreases its wear resistance 6 times with respect to the as-sprayed condition. Similarly, when the tests were performed at 650 ̊C, the tribological behavior was significantly deteriorated. These results have been related to the morphological changes that take place during the heat treatment process. Palabras clave: Termorrociado, Plasma por suspensión, Desgaste deslizante, Tratamientos térmicos, Circonia estabilizada por itria, Keywords: Thermal spray, Suspension plasma spraying, Sliding wear, Heat treatments, Ytria stabilized zirconia