En la fabricación aeroespacial son muy importantes las aleaciones de alta temperatura porque facilitado el desarrollo de motores de bajo consumo de combustible que reducen el impacto ambiental. Además de sus cualidades térmicas estas aleaciones resisten altas tensiones y presiones. Las más utilizadas son las basadas en titanio y níquel.
Aleaciones de níquel
- Níquel 625. Es una aleación de níquel-cromo posee una excepcional resistencia a la corrosión y un alto nivel de resistencia y se puede fabricar fácilmente.
- Níquel 718, níquel A-286, níquel 625. Se utilizan en las secciones calientes de motores a reacción, ya que son altamente resistentes tanto a la corrosión como a la oxidación. Las dos primeras también son resistentes a la fatiga por altas temperaturas, que se produce debido a los ciclos repetidos de enfriamiento y calentamiento experimentados durante el vuelo.
Aleaciones de titanio
El titanio es liviano y posee una resistencia excepcional a la corrosión y a las altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones aeroespaciales, específicamente para las secciones calientes de los motores a reacción.
El titanio de grado 5 contiene un 4 % de vanadio y un 6 % de aluminio (Ti 6Al-4V) y se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales.
Aleaciones de cobre
GRCop-84 es una aleación de cobre, cromo y niobio para altas temperaturas que posee una resistencia a la oxidación mejorada, fatiga prolongada de ciclo bajo, buena resistencia a la fluencia y excelente resistencia a temperaturas elevadas. Su expansión térmica es significativamente menor en comparación con el cobre y las aleaciones a base de cobre de baja aleación. La aleación se puede producir en diferentes formas, como láminas, placas, barras y tubos, utilizando técnicas de producción estándar, como doblado y estampado.
Aleación Mo-Si-B reforzada con TiC
La aleación MoSiBTiC supera las capacidades de las aleaciones de níquel de alta temperatura para aplicaciones aeroespaciales. Posee una resistencia a altas temperaturas bajo fuerzas constantes, lo que la hace adecuada para motores a reacción de aviones. La aleación es significativamente más resistentes en comparación con las superaleaciones monocristalinas a base de níquel que se utilizan comúnmente en las secciones calientes de los motores a reacción. Puede soportar fuerzas disruptivas sin deformarse bajo temperaturas ultraaltas, ya que tiene una resistencia a la fluencia excepcional.
Tratamientos superficiales y recubrimientos
El costo creciente de las materias primas críticas está aconsejando optar por los tratamientos superficiales adecuados o los recubrimiento de la aleación. Esta estrategia se está aplicando a las aleaciones de alta temperatura a base de níquel y titanio utilizadas en motores de aviones para ahorrar materias primas. Los recubrimientos actúan como barreras de difusión que ralentizan la reacción entre la aleación del sustrato y el entorno agresivo.
Por ejemplo, se pueden utilizar recubrimientos de barrera térmica para superaleaciones a base de níquel en componentes aeroespaciales de las secciones calientes del motor para permitir que esos componentes resistan eficazmente condiciones de trabajo severas. Así la temperatura de funcionamiento del motor se puede aumentar más allá del punto de fusión de las aleaciones de alta temperatura. Hay que tener en cuenta que un aumento de 200 °C en la temperatura de servicio puede generar un aumento del 5 al 6 % en la eficiencia de la turbina, lo que puede resultar en una reducción significativa de las emisiones de óxido de nitrógeno y dióxido de carbono a la atmósfera.
El sistema de revestimiento de barrera térmica utilizado para proteger las superaleaciones de níquel consta de dos capas: una resistente a la oxidación hecha de aluminuro de difusión o de níquel/cobalto-cromo-aluminio-itrio (MCrAlY) y una capa superior de cerámica.
Se pueden utilizar diferentes métodos de recubrimiento o tratamientos de superficie como la oxidación electrolítica por plasma, el granallado por choque láser, la pulverización, la implantación de iones, la nitruración por plasma y la oxidación térmica.
Adaptado de AZO Materials.
