Los componentes de la punta caliente de las aeronaves de alto rendimiento y alta velocidad deben cumplir con los requisitos de rendimiento, como una larga vida útil, un amplio rango de temperatura, resistencia a la oxidación y resistencia a la ablación. Esto plantea mayores requisitos para el rendimiento de servicio a alta temperatura del sistema de protección térmica (TPS).
Con baja densidad, baja expansión y excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura, los composites de carbono-carbono (C/C) se consideran la mejor opción para la nueva generación de TPS. Sin embargo, la sensibilidad a la oxidación de los composites de C/C limita severamente su vida útil en entornos de ablación a alta temperatura. La tecnología de recubrimiento es eficaz para mejorar la resistencia a la ablación de los composites de C/C. Los recubrimientos de carburo de alta entropía con altos puntos de fusión y excelente resistencia a la ablación se han convertido en el foco de los investigadores.
Tradicionalmente, el diseño del recubrimiento de carburo suele comenzar con la manipulación directa de los elementos de carburo, esperando que los constituyentes de carburo generen componentes de óxido pasivamente. Este método de diseño directo pasa por alto la incorporación de una estrategia composicional directa para la escala de óxido, que juega un papel crucial en el rendimiento a alta temperatura de los recubrimientos cerámicos de carburos.
Una escala de óxido de superficie estable es la clave para garantizar la ablación a largo plazo de las cerámicas de alta entropía, ya que actúa como una barrera entre el oxígeno y las cerámicas de alta entropía no oxidadas. Ignorar el diseño de la composición de la escala de óxido limitará la vida útil del servicio a alta temperatura de los carburos de alta entropía.
En un estudio publicado en la revista KeAi Advanced Powder Materials, un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica del Noroeste en Xi’an, China, propuso el concepto de diseño inverso para romper dicha limitación en los carburos de alta entropía.
“En primer lugar, se diseña la composición de la escala de óxido de alta entropía con excelente estabilidad térmica. Luego, los carburos de alta entropía se diseñan inversamente, permitiendo que la escala de óxido de alta entropía diseñada se forme in situ en su superficie durante los procesos de ablación, mejorando así su resistencia a la ablación”, comparte el autor principal y correspondiente del estudio, Jia Sun.
Los investigadores diseñaron recubrimientos (Hf0.36Zr0.24Ti0.1Sc0.1Y0.1La0.1)C1-δ (HEC) utilizando el método teórico inverso y lo validaron mediante experimentos de resistencia a la ablación. La velocidad de ablación lineal de los recubrimientos HEC se midió en -1,45 μm/s, que es solo el 4,78% de la de los recubrimientos de HfC prístinos después de la ablación con oxicombustible a 4,18 MW/m2, lo que demuestra una excelente resistencia a la ablación. Los recubrimientos HEC también exhiben mayor tenacidad, con una relación de Pugh de 1,55 en comparación con 1,30 de HfC.
“Durante la ablación, una densa escala de óxido (Hf0.36Zr0.24Ti0.1Sc0.1Y0.1La0.1)O2-δ se forma in situ en la superficie, contribuyendo significativamente a la mejora del rendimiento antiablación debido a su alta fase y adaptabilidad estructural, con un cambio en la constante de red que no excede el 0,19% a 2000–2300 °C”, agrega Sun.
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Comuníquese con el autor: Jia Sun (j.sun@nwpu.edu.cn)，Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Materiales Compuestos Termoestructurales, Laboratorio Clave de Shaanxi de Materiales Compuestos Ligeros Reforzados con Fibras, Universidad Politécnica del Noroeste, Xi’an, 710072, China
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Revista
Materiales en Polvo Avanzados
Método de Investigación
Estudio experimental
Asunto de Investigación
No aplicable
Título del artículo
Diseño teórico y verificación experimental de un recubrimiento resistente a la ablación de carburo de alta entropía
Declaración de COI
Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia conocidos o relaciones personales que puedan haber parecido influir en el trabajo informado en este artículo.
