Elérhető hőgátló bevonatok

Első hővédő bevonat (TBC) sikeresen tesztelt egy vizsgálati turbinahajtású szakasz közepén a 1970-es évek. Az 1980-as években kezdtek dolgozni a fúvóka lamellái gázturbinás repülőgép hajtóművek, és ma már dolgozik a fúvóka és rotorlapátok. A továbbfejlesztett motorok a közeljövőben várhatóan betölteni a bevonat növeli.

A legkorábbi kerámia bevonatok a repülőgépipar voltak szintereit zománc. Az első ilyen bevonatok a NASA által kifejlesztett, és a National Bureau of Standards (NBS). Szinterezett zománc használt hajtóművek az 1960-as. Később ők fejlesztették bevonatok által Lángszórásos. Különböző kerámiai anyagok, amelyek már hasznos, mint a hőszigetelő kiválasztása szükséges alumínium-oxid, cirkónium-oxid stabilizált magnézium-oxid és kalcium-oxid. Az utolsó a legalkalmasabb és széles körben használják. A bevonó anyag miatt ilyen bevonatok, ha egyáltalán használjuk, általában nikróm vagy molibdén. Azonban, alumínium-oxid és cirkónium-oxid stabilizált kalcium-oxid volt megfelelő a tartósság, és nem bizonyult életképesnek anyagok tökéletesített üzemanyag-kazetta. Jelenlegi korszak TBC kezdődött a 1970-es évek a fejlődés NASA kettősréteg TBC, amely egy porózus által letétbe APS (levegő-plazma spray, plazma permetezés levegőben) a kerámia bevonat a cirkon-oxiddal stabilizált ittriummal (ZrO2-Y203), a tetején az alkalmazott Ugyanezzel a módszerrel a fémes hőálló kötőanyag bevonat NiCrAIY és sikeres tesztelése e bevonat gázturbina lapátok egy gázturbinás motor kísérleti. Union Carbide egyike volt az első fejlesztői FA ZrO2-Y203 / MSrAIY (például M - Ni és / vagy Co). Az első TBC alapuló bevonatok cirkónium-dioxid tartalmazott 12-ről 20% ittrium-oxidot, amely adtunk, hogy teljes mértékben stabilizálja a köbös fázis. Később bebizonyosodott, hogy a legjobb teljesítményt lehet elérni szintjének csökkentése ittrium-oxidot és 6 és 8%. Tanulmányok a TBC, általában, most támogatja azt az elképzelést, hogy a ZrO2 / (6-8%) Y203 meghaladja ZrO2 / (12-20%) Y203 haladó gázturbinák, ezek pedig TBC superior alapuló rendszerek cirkónium-oxid, a javasolt korábban.

hővédő bevonat rendszereket széles körben használják a modern gázturbinás motorok, hogy csökkentsék a hőmérsékletet a fém felületek a szakaszok a turbina és az égéstérbe. A hajtóművek és szárazföldi erőművek széles körben alkalmazott gyakorlat alkalmazása hőgátló bevonatok, hogy megfeleljen az egyre növekvő igényeket a növekvő üzemanyag hatékonyságot, csökkenti a NOx és a nagyobb teljesítmény és a tapadás. Turbine kitett alkatrészeket a legmagasabb hőmérsékletet - égéstérbe, működő, a rotorlapát és a fúvóka terelőlemezt nagynyomású turbina.

TVS rendszer négy komponensből - mindegyik lényegesen eltérő fizikai, termikus és mechanikai tulajdonságai, ami lényegében egy bonyolult szerkezet. A terméket a fűtőelemköteg kell ellenáll a magas hőmérsékletű, a ciklikus változása, és ennek eredményeként, a feszültségi állapot. Minimális élettartama legalább ezer le- és felszállását a kereskedelmi repülőgép-hajtóművek, és akár 30 000 órán át ipari gázturbina motorok. A kombináció a különböző anyagok és a szükséges üzemi körülményekhez teszi TBC bonyolultabb, mint bármely más bevonat rendszer. Négy rétegek ma TBC rendszer különböző anyagokból készült speciális tulajdonságai és funkciói:

• Ötvözet (közvetlen termék anyag)
• kötőanyag bevonat,
• egy termikusan növesztett-oxid (TGO),
• kerámia fedőbevonat.

Sematikus ábrázolása lefedettség temobarernyh

Ötvözet - szuperötvözet alapuló nikkel vagy kobalt - anyag, amely léghűtéses belülről vagy azon keresztül a belső üreges csatornát, így hőmérsékleti gradienst létrehozni a cikken keresztül falon. A terméket a szuperötvözet a egykristályos vagy polikristályos formában tartalmaz 5 és 12 további elemek, amelyek hozzá javítsák a jellegzetes tulajdonságokat, például hőállóság, alakíthatóság, oxidációs ellenállás, ellenállás a forró korrózióval, és javítani önthetőségét.

Kötőanyag bevonat - oxidációnak ellenálló fém réteg vastagsága 75 - 150 um, lényegében azt diktálja adhéziós TBC. kommunikációs lefedettséget általában a NiCrAlY, vagy NiCoCrAlY, és alkalmazott plazmaszórással vagy katód-fizikai gőzfázisú leválasztással (EB-PVD). Egy másik megvalósítási mód szerint a bevonat kapcsolat készült Ni és Pt aluminidek és alkalmazzák galvanikusan, hogy a diffúziós aluminizing vagy kémiai gőzfázisú. Ritkán bevonat-kötőanyagok kapcsolat állhat több rétegből, különböző kémiai / fázisú készítmény.

A csúcsterhelés üzemi hőmérsékleti feltételei a kötés bevonat gázturbinás motorok általában meghaladja 700 ° C-on, ami oxidációját a kötés bevonat és az elkerülhetetlen kialakulása harmadik réteg - termikusan növesztett oxid (TGO; vastagsága 1-15 um) közötti a nyakkendő kabátot és a kerámia felső bevonat. Keresztül porozitás, hogy mindig létezik a felületi kerámia bevonat, lehetővé teszi a könnyű behatolását az oxigént a gyártási környezet miatt a kötőanyag bevonat. Továbbá, még ha a felületi bevonat teljesen tömör, rendkívül nagy diffúziós kapacitás az oxigén a kerámia felületi bevonat alapján ZrO2 teszi „kislorodoprozrachnym”. Bár a kialakulását a TGO elkerülhetetlen, mivel ideális bevonat célja, hogy biztosítsa, hogy a TGO van kialakítva, mint a? -Al2O3, és hogy a növekedés lassú, egyenletes és hibátlan. Az ilyen TGO nagyon alacsony ion diffúziós képessége az oxigén, és létrehoz egy kiváló diffúziós gát lassuló további oxidációja a kötés bevonat.

Felületi bevonat csatlakozás (MCrAlY) képest diffúziós bevonatok (Ni és Pt aluminidek) lehetővé teszik nagyobb függetlenséget a bázis ötvözet és a rugalmasság a tervezés tulajdonságait a bevonat kötőanyag. A bevonó készítmény lehet optimalizálni szerint a várt kopási mechanizmusok működése közben. Kötőanyagok MCrAlY bevonatok rendszerint tartalmaz négy vagy több elemet. Chromium rendelkezik ilyen bevonatok kiváló korrózióállóság kombinálva jól ellenáll az oxidációnak. A alkalmazása kötőanyagok vagy bevonatok általánosan használt szuperszonikus plazmaszórással vagy módszerek, például, HVOF (nagy sebességű oxigén-üzemanyag). A bevonás után a diffúziós vákuum hőkezelés aktiválja a link az optimális tapadást.

Különböző módszerek vannak kerámiabevonat alkalmazása, hogy a fém alap, két alapvető módszer - APS és EB-PVD. Ez a két módszer olyan mikroszerkezetet bizonyos jellegzetességeit.

TBC által letétbe helyezett plazma mikroszerkezeti jellemzői a következők: „lamelláris” morfológiája (vastagsága 1-5 mm, átmérője 200-400 mikron) a határok között, a függőleges repedések és pelyhek. Tipikus APS felületi bevonat vastagsága 300 mikron, de bizonyos ipari gázturbina motorok elérheti 600 mikron. Orientációja repedések és pórusok normális a hőáramlás csökkenti a hővezetési a felületi bevonat a 2,3 W / mK a teljesen sűrű anyag 0,8-1,7 W / mK.

Jellemzően, a felszínes kerámia bevonat letétbe EB-PVD (átlagos vastagsága 125 um) a következő tulajdonságokkal mikroszerkezet: YSZ polikristályos vékony régió egyforma nagyságú szemcséből (0,5-től 1 m) a felszín közelében a fém / kerámia részén; Oszlopos szemes YSZ (2-10 mikron átmérőjű), egyforma nagyságú szemcséből nőtt a területen, hogy a bevonat felületén; porozitás az oszlopszerű szemek; és függőleges csatornák között oszlopos szemek.

A sokoldalúság és az alacsony előállítási költség, hogy az APS TBC kereskedelmileg vonzó. Azonban, mivel a gyors növekedés mikroszerkezeti hibák párhuzamos a felület és a érdessége a felület, APS TBC általában rövidebb élettartam, mint termotsiklichnye EB-PVD TBC. Ez teszi APS TBC releváns csak kevésbé igényes alkalmazások repülőgép-hajtóművek, például égésteret, fúvókák, üzemanyag porlasztók, a láng a utánégető, és állórészlapátok. APS TBC rendkívül jól ipari gázturbina motorok, beleértve az alkalmazás, hogy a fúvóka és a rotorlapátok, az alacsonyabb üzemi hőmérsékletnek, hőmérséklet-gradiensek és kevesebb termikus ciklusok.

Továbbfejlesztése, a fűtőelem-jellemezhető fő irányait - keresés és az új anyagok, javítása bevonógépek és javítja lerakódás módszerekkel.

Az egyik terület anyagok ZrO2 adalékolásával különböző ritkaföldfém kationok. Ezek az adalékanyagok képződéséhez klaszterek az ötvöző anyagok, amelyek csökkentik a hővezető mintegy 20-40%. A ZrO2 stabilizált Y2O3-Gd2O3-Yb2O3, a hővezetési csökken 2,3-2,6 W / m / K YSZ szabvány 1,6-1,9 W / m / K Lehetséges egy olyan rendszer, a csúcshőmérséklet művelet akár 1650C.

A hagyományos anyagok (YSZ) továbbra is jelentős szerepet játszanak a megfelelő műszaki paraméterű a repülőgépiparban, hogy növelje az élettartam és a hatékonyság, mint az új, alternatív magas hőmérsékletű szerkezeti anyagok - kerámia, kerámia kompozitok, intermetallikus vegyületek és hőálló fém ötvözetek még a kutatási fázisban.

Van egy erős motiváció, hogy dolgozzon ki egy kerámia felületi bevonat csökkentette a magas hővezető képessége. Csökkentett hővezető TBC segít meghosszabbítja az élettartamát a hőmérséklet csökkentésével az alapfém és a lassuló termikusan aktivált folyamatok felelősek a bomlás a bevonat és / vagy javítja a hatékonyságot, amely lehetővé teszi, hogy magasabb hőmérsékleten üzemeljenek. Bár a keresést vonatkozó TBC új kerámia folyamatos siker, végül is, ez alapján kerül sor egy teljes értékelést minden kedvező tulajdonságait, hogy a tettek YSZ olyan sikeres TBC, hogy a dátum és az integráció ezen jellemzők a kerámia alacsony hővezető és magasabb megengedhető hőmérséklet működését.