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Desarrollo de recubrimientos base aluminio mediante "MOCVD" para protección frente a la corrosión y a la oxidación

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Publication Date
2013-05-30
Advisors (or tutors)
Agüero Bruna, Alina
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Universidad Complutense de Madrid
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Existen numerosas industrias que operan con materiales metálicos susceptibles de ser atacados o deteriorados por agentes agresivos. Por lo tanto, todas aquellas investigaciones encaminadas a ampliar la vida útil de un material tienen plena justificación. Una importante vía de investigación es la que se orienta hacia el desarrollo y estudio de recubrimientos protectores que permitan aumentar el tiempo de uso de los diferentes materiales. De entre las numerosas técnicas que existen para la aplicación de recubrimientos, en este trabajo de investigación se ha empleado la Deposición Química en Fase Vapor MOCVD (“Metal Organic Chemical Vapour Deposition”) para la generación de recubrimientos base aluminio para dos aplicaciones. Esta técnica tiene la peculiaridad de recubrir de forma homogénea toda la superficie de la pieza, incluso interiores, a diferencia de otros tipos de técnicas. La primera aplicación tiene lugar a temperatura ambiente: generación de recubrimientos de aluminio para el reemplazo de los recubrimientos electrolíticos de cadmio debido a nuevas restricciones en materia de seguridad laboral y medioambiente por su alta toxicidad y su impacto en el medio ambiente. La segunda aplicación aborda el problema de la corrosión a alta temperatura de los materiales empleados en las turbinas de aprovechamiento energético – tanto las turbinas de vapor y de gas de generación de energía eléctrica como las turbinas aeronáuticas – que han tendido hacia un aumento en la temperatura, con el fin de incrementar la eficiencia energética. Los resultados permiten concluir que los recubrimientos base Al depositados por MOCVD tienen grandes posibilidades para convertirse en una alternativa a los recubrimientos de cadmio. También se concluye que los recubrimientos tipo aluminuro desarrollados mediante MOCVD presentan una alta resistencia a la oxidación a alta temperatura y corrosión en caliente siendo capaces de extender la vida en servicio de los componentes de las turbinas energéticas. [ABSTRACT] A great number of industries operate with metallic materials that could be subject to deterioration in aggressive environments. Therefore, all those investigations directed to extending the useful life of a material have full justification. There are important investigations aimed to develop and study protective coatings that increase the time of use of the different materials. Among the many techniques available for applying coatings, in this research it has used the MOCVD “Metal Organic Chemical Vapour Deposition”) for developing based aluminium coatings for two goals. This process carried out at INTA employs an organometallic precursor, which results in lower temperatures deposition, and allows deposition of coatings in complex geometry components. Base Al coatings have been produced and two potential industrial applications of said coatings have been explored: 1) Replacement of Cd coatings in protection from environmental corrosion in aeronautics components. Cadmium is a toxic metal and a known carcinogen which is plated from an aqueous bath containing cyanide salts. For these reasons the use of cadmium is regulated by stringent worker exposure and environmental limitations. 2) Against high temperature corrosion and oxidation for protection of ferritic steels for steam turbine components. These coatings offer a solution for future steam power plants, expected to operate at temperatures higher than 600 ºC, in order to increase efficiency and reduce emissions. In this work, the Al coating deposition technique as well as its characterization is described. Moreover, its behaviour has been evaluated by a series of tests that indicate that base Al MOCVD coatings are an excellent alternative for Cd replacement. In other hand aluminide coatings generated by applying Al coatings by MOCVD followed by heat treatment exhibit excellent steam oxidation resistance for a period of up to 20,000 h at 600 ºC and 650 ºC and corrosion resistance.
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Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, leída el 14-12-2012
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