CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Nanoindentation of mullite based Enviromental Barrier Coatings for High Temperature Aerospace Applications

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: JIMÉNEZ PIQUÉ, EMILIO

Departament: CEM

Títol: Nanoindentation of mullite based Enviromental Barrier Coatings for High Temperature Aerospace Applications

Data inici oferta: 28-06-2011     Data finalització oferta: 28-02-2012


Estudis d'assignació del projecte:
    Tipus: Individual
     
    Lloc de realització:
    UPC
        Departament: materials
     
    Segon director/a (UPC): LLANES PITARCH, LUIS MIGUEL
     
    Paraules clau:
    nanoindentación, recubrimientos. cerámicas
     
    Descripció del contingut i pla d'activitats:
    Se propone la caracterización a nivel micro y nanométrico de las propiedades mecánicas de los mencionados recubrimientos de función gradiente 3Al2O3•2SiO2/SiC, de cara a garantizar la integridad estructural de dichos sistemas. Para ello se emplearán técnicas avanzadas de caracterización estructural como la microscopía de barrido laser confocal (LSCM), microscopía interferométrica (IM), microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de haz de iones focalizados (FIB), así como técnicas avanzadas de caracterización mecánica: nanoindentación, nanovisión y nanoscratch. Basado en el empleo de dichas técnicas se pretende estudiar el comportamiento mecánico de los recubrimientos, estimar sus durezas y módulos elásticos, así como evaluar la integridad de estos sistemas mediante la evaluación de la adherencia recubrimiento-sustrato en ensayos de rayado practicados sobre la superficie y sección transversal. Se realizarán también nanoindentaciones en la superficie con el objeto de observar la naturaleza del daño generado tanto superficial como subsuperficialmente, y evaluar la influencia del sustrato en dicho comportamiento.
    Dichas caracterizaciones serán efectuadas sobre sistemas sin exposición a temperatura, así como sobre sistemas sometidos a altas temperaturas con el propósito de analizar el efecto de este parámetro sobre la integridad de los materiales, todo ello con miras a simular su comportamiento bajo condiciones de servicio reales.

    Finalmente, y atendiendo a los resultados obtenidos en el trabajo propuesto, se pretende aportar al conocimiento del comportamiento micromecánico de este tipo de sistemas recubiertos, en el proceso de optimización que se lleva a cabo en retroalimentación con el grupo de investigación que los fabrica (BU). Lo anterior concluirá en el diseño de sistemas óptimos a ser utilizados en aplicaciones como la aeroespacial.

     
    Overview (resum en anglès):
    of work may involve the need to modify the materials or processing methods.
    At the end of the 80’s and in the early 90's, the interest focused primarily on controlling thermal stresses in structures exposed to very high temperatures. It was then when the use of super-alloys with Thermal Barrier Coatings (TBC) appeared, being subject of intense study over the last decades. It is expected that silicon-based ceramics such as SiC and Si3N4 are used in the new generation of high temperature gas turbines. In fact, these materials are being used nowadays in micro-turbines to power generation. However, when used in environments like those found in turbine applications, these materials exhibit severe pitting by corrosion and recession of the surface. To overcome such difficulties, the use of resistant and reliable coatings, that retain their high temperature properties especially against corrosion and recession, is needed. These are called environmental barrier coatings (EBC). In such sense, mullite 3Al2O3•2SiO2 has received great attention due to its excellent resistance to corrosion, creep, resistance to high temperatures, and more critically, excellent match to the matrix due to its coefficient of thermal expansion, especially with SiC.
    Preliminary works indicate that coatings deposited by chemical vapour deposition (CVD) of mullite have excellent stability and resistance to corrosion at high temperatures. Although the structural characterization of these coatings can be catalogued as satisfactory, the knowledge of its mechanical properties necessary to guarantee the structural integrity facing high-temperature applications is inexistent in practical terms.
    Within this framework of ideas, a complete characterization of the mechanical properties of mullite coatings (3Al2O3•2SiO2), and coated systems (3Al2O3•2SiO2/SiC) at micro/nanoscale level, aimed to ensure the structural integrity of these systems.
    In doing so, it was proposed to understand the mechanical behaviour of the coatings, estimating their hardness (H), elastic modulus (E), as well as assessing the integrity of these systems through the evaluation of adhesion and cohesive failure. Such characterizations were carried out on systems without exposure to temperature (as fabricated).
    Finally, and according to the results obtained in the proposed work, it is pretended to contribute to the knowledge of the mechanical behaviour of these coated systems. Such information is essential to the implementation of these coatings in real applications.

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