Efecto del ángulo de impacto en la resistencia a la erosión a alta temperatura en barreras térmicas de zirconia estabilizada con itria

Abstract

Resumen: Esta tesis trata del desgaste por erosión en componentes de la ruta de gases calientes en turbinas de generación eléctrica. Se efectuó la determinación de los mecanismos que participan en la remoción de material en la superficie de las barreras térmicas de zirconia estabilizada con itria y el efecto del ángulo medio de impacto en dichos mecanismos. Para llevar a cabo dicha investigación se analizaron las superficies de liners, álabes y probetas nuevas (as-sprayed) que fueron desgastadas con el fin de comparar las texturas superficiales obtenidas en cada caso. La ejecución de ensayos de erosión controlados requirió desarrollar un equipo capaz de emular las condiciones de erosión a alta temperatura con velocidades de hasta 1.5 Mach y temperaturas alrededor de 1200°C. Los resultados obtenidos fueron contrastados con reportes técnicos disponibles en EPM (Empresas Públicas de Medellín). El principal mecanismo de daño identificado fue la propagación de grietas y remoción de material por fatiga termo-mecánica tanto bajo el modo de fractura intercolumnar del splat como bajo el modo de fractura intersplat. Se determinaron las diferencias en textura de desgaste superficial de acuerdo a los ángulos medios de impacto y se establecieron correlaciones con los mecanismos de desgaste observados.

Abstract: This work deals with erosive wear of hot-path turbine components used for power generation turbines. The damage mechanisms present in yttria-stabilized thermal barrier coatings submitted to either controlled tests or gas turbine operating conditions were identified by characterization of the worn surfaces of liners, first stage turbine blades and as-sprayed testing samples. The erosion tests were performed using a home-built high-temperature erosion testing facility that emulates the turbine operating conditions such as mean impact velocities of combustion gases up to 1.5 Mach and temperatures near 1200°C. The results were compared with industry technical reports and literature related to real worn turbine components. The mechanisms identified involved crack propagation due to thermo-mechanical fatigue both in intersplat contact and across the splat inter-columnar contact. The worn surfaces texture was related to the average impact angles and to the damage mechanisms previously characterized.