La preparación de recubrimientos cerámicos resistentes a la oxidación a alta temperatura sobre sustratos de niobio y aleaciones de niobio es una tecnología de superficie clave para prolongar su excelente resistencia a altas temperaturas en aplicaciones en entornos con oxígeno. Los principales desafíos en este campo residen en resolver la enorme tensión térmica causada por la discrepancia en los coeficientes de expansión térmica entre metales y cerámicas, así como en garantizar la compatibilidad química interfacial para evitar el agrietamiento y la desconchación del recubrimiento durante los ciclos térmicos.
Para lograr una protección confiable, se debe adoptar un sistema de gradiente diseñado con precisión de "sustrato de niobio - capa de transición funcional - capa superior cerámica". La tecnología clave implica la formación in situ de una capa intermedia continua de siliciuro (p. ej., NbSi₂) sobre el sustrato mediante procesos como la siliconización. Esta capa intermedia no solo forma una fuerte unión metalúrgica con el sustrato, sino que también presenta un coeficiente de expansión térmica intermedio entre los dos materiales, aliviando eficazmente la tensión térmica a la vez que actúa como barrera de difusión para inhibir la penetración de oxígeno. Sobre esta capa intermedia optimizada, se depositan cerámicas funcionales con baja difusividad de oxígeno y excelente estabilidad térmica (como la mullita) como barrera final. Este completo sistema de protección sinérgica ha permitido el uso exitoso de componentes de aleación de niobio en campos de vanguardia sujetos a temperaturas extremadamente altas y choques térmicos, incluyendo toberas de motores de cohetes y álabes de turbinas de gas avanzados.
A continuación se muestra el esquema de preparación de muestras para esta aplicación. El principal reto radica en el pulido de recubrimientos cerámicos propensos al agrietamiento y la desconchación.
1️⃣ Rectificado basto: Papel de lija de carburo de silicio P2500 con cera de baja temperatura aplicada a la superficie;
2️⃣ Lijado fino: papel de lija de carburo de silicio P4000 con cera de baja temperatura aplicada a la superficie;
3️⃣ Pulido grueso: paño de pulido ET-JP + óxido de aluminio de 3μm;
4️⃣ Pulido fino: paño de pulido ZN-JP + sílice de 50nm.
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