La aplicación de aleaciones de cobalto en motores aeroespaciales

El funcionamiento de los motores aeroespaciales, desde las cámaras de combustión de alta temperatura y alta presión hasta los componentes de turbinas rotatorias de alta velocidad, pone a prueba el rendimiento de los materiales en cada etapa. Gracias a sus propiedades únicas, las aleaciones de cobalto se han convertido en el componente esencial que garantiza el funcionamiento estable de los motores, en particular la aleación de cobalto 6.

Componentes internos del núcleo de los motores aeroespaciales

Los componentes internos del núcleo de los motores aeroespaciales están sometidos a condiciones ambientales extremas. Los álabes de las turbinas giran a miles de revoluciones por minuto a temperaturas que oscilan entre 800 y 1100 °C, soportando altas temperaturas y el desgaste continuo causado por las partículas de arena y polvo transportadas por los flujos de gas a alta velocidad. Con el tiempo, las superficies de los álabes son muy susceptibles a sufrir daños.

Como zona central donde se quema el combustible, la cámara de combustión presenta temperaturas internas extremadamente altas. Los gases de combustión también contienen grandes cantidades de componentes corrosivos, como oxígeno y compuestos de azufre, que corroen continuamente las paredes de la cámara de combustión.

Las válvulas deben abrirse y cerrarse con frecuencia en sincronía con el funcionamiento del motor. En entornos de alta temperatura, deben soportar la fricción del movimiento mecánico, además de los cambios extremos de temperatura durante el arranque y la parada, lo que las hace propensas a fallar debido a un estrés térmico excesivo.

Los cojinetes y las superficies de sellado soportan la fricción y la vibración propias del movimiento relativo continuo. Un desgaste excesivo puede afectar la eficiencia operativa general del motor.

La aleación de cobalto 6 es un material adecuado para múltiples componentes.

Ante los exigentes requisitos de los componentes de motores aeroespaciales, la aleación de cobalto 6 ha demostrado una excelente adaptabilidad. En la fabricación de álabes de turbina, su introducción permite que los álabes mantengan un rendimiento estable en condiciones de alta temperatura, alta presión y desgaste continuo, lo que prolonga eficazmente su ciclo de reemplazo. Tras la incorporación de la aleación de cobalto 6 en la cámara de combustión, su resistencia a la corrosión se ha mejorado significativamente, lo que le permite mantener la integridad estructural bajo la erosión de gases a alta temperatura y proporciona un soporte fiable para el funcionamiento continuo del motor. El uso de la aleación de cobalto 6 en las válvulas, gracias a su excelente resistencia al choque térmico, les permite soportar cambios frecuentes de temperatura y fricción mecánica, reduciendo así la probabilidad de fallos. El uso de la aleación de cobalto 6 en cojinetes y superficies de sellado reduce eficazmente el coeficiente de fricción, minimiza el desgaste entre componentes y mejora la estabilidad operativa del motor.

Rendimiento de la aleación de cobalto 6

La aleación de cobalto 6 desempeña un papel crucial en los motores aeroespaciales gracias a sus propiedades únicas. En cuanto a la resistencia al desgaste a altas temperaturas, los compuestos intermetálicos estables y los carburos que forma en su interior actúan como un robusto escudo protector, permitiéndole alcanzar una dureza de HRC 40-45 a temperatura ambiente. Incluso en entornos de alta temperatura, la degradación de la dureza es extremadamente lenta, lo que hace que su resistencia al desgaste sea muy superior a la del acero convencional y las aleaciones a base de níquel, y capaz de soportar fácilmente los retos de desgaste que enfrentan componentes como los álabes de turbinas.

El contenido de cromo (27-32 %) reacciona con el oxígeno a altas temperaturas, formando una densa capa protectora de óxido de cromo (Cr₂O₃). Esta capa se adhiere firmemente a la superficie del material, actuando como una barrera robusta que bloquea eficazmente la oxidación y la corrosión a alta temperatura de los gases de combustión, prolongando significativamente la vida útil de componentes como las cámaras de combustión.

La aleación de cobalto 6 mantiene una resistencia a la tracción y al impacto estables incluso a altas temperaturas. Esto significa que no se agrieta ni fractura fácilmente bajo choques térmicos severos durante el arranque y la parada del motor, ni durante vibraciones de alta frecuencia durante el funcionamiento, lo que proporciona una base sólida para un funcionamiento seguro del motor.

Además, la aleación de cobalto 6 presenta un bajo coeficiente de fricción y altas propiedades antiadherentes. Estas características la hacen especialmente eficaz en aplicaciones como cojinetes y superficies de sellado, donde puede reducir significativamente el desgaste por fricción, minimizar la pérdida de energía y mejorar la eficiencia operativa general del motor.

En resumen, la aleación de cobalto 6 desempeña un papel crucial en numerosos componentes críticos de los motores aeroespaciales debido a sus excepcionales características de rendimiento.