מבוא

מנועי Jet חייבים לפעול באופן אמין תחת כמה מהתנאים התובעניים ביותר שנמצאו בהנדסה המודרנית. Turbine blades, combustion Cell liners, ו-Sate nozzles כפופים לטמפרטורות גז מעל 1,500 מעלות צלזיוס, זרמי חלקיקים גבוהים, ופתרונות מצופים אגרסיביים של חומרים מתקדמים, אשר מאפשרים כיום סגסוגת יעילה יותר של לחץ על פני השטח, כאשר הם מאפשרים יותר לחץ גבוה יותר, כלומר, לחץ על פני השטח, כאשר הם מאפשרים יותר, לחץ גבוה יותר, כדי להפעיל את הציפוי לחץ גבוה יותר, כלומר, לחץ על פני השטח, כלומר, כדי להפעיל את הציפוי לחץ גבוה יותר, כלומר, לחץ גבוה יותר, כאשר הם מאפשרים יותר, כדי למנוע ציפוי לחץ גבוה יותר, לחץ על פני השטח, על פני השטח, כלומר, עיצוב של זמן, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, עיצוב של זמן רב יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 רחב יותר, 000 רחב יותר, 000 רחב יותר, 000 רחב יותר, 000, 000, 000, 000, 000.

הבנת סביבת ההפעלה של Jet Engines

כדי להעריך מדוע ציפויים הם הכרחיים, יש להבין תחילה את החומרה של הסביבה בשירות.בחלק טורבינות בלחץ גבוה (HPT) טמפרטורות גז יכולות להגיע 1,600 מעלות צלזיוס, מעל נקודת ההיתוך של רוב המתכות מבניות.למרות שזרימת קירור פנימית להפחית את טמפרטורת פני המתכת ל-900-1,100 מעלות צלזיוס, החלקים עדיין חווים תנודות תרמיות קיצוניות, טראנסים מהירים במהלך נטילת ונחיתות מכניות, ולחצים מכניים.

מזיק באותה מידה הוא הסביבה הכימית. מוצרי Combustion כוללים חמצן, מים vapor, sulfur, ו- vanadium תרכובות. בטמפרטורות גבוהות, מינים אלה מגיבים עם תת-התחמוצות כדי ליצור תחמוצות מלוטשות, סולפטים, או כלורדים - תופעה המכונה קורוזיות חם (מכוסים) מסביבות ימיות, נוכחות של סידן-מטרה (R) או CMate) יכולות לספק פונקציות חום (מדומים) או CMate) או קרמיקה (מדומים (מדומים) או CMTS) או CMTS) חום (מדומים (מדומים) או CMTS) או CMTS) או קרמיקה) או CMS (מדומים (מדומים (מדומים (מדומים) או CMTS) או CMate) CMS) CMS) CMate) קרמיקה) קרמיקה (מדומים (מדומים (מדומים (מדומים (מדומים (מדומים (מדומים) CMTS) או CMS) קרמיקה) קרמיקה) או קרמיקה) קרמיקה) קרמיקה) קרמיקה) CMS (מדומים (מדומים

אתגרים מרכזיים ב High-Temperatures

יציבות והתנגדות

הציפוי חייב להישאר מוצק לדבוק substrate בטמפרטורות הפעלה כי יכול לעלות על 1,200 מעלות צלזיוס עבור מנועי מתקדמים.רוב ציפוי מתכתי לרכך או חמצון במהירות מעל 1,100 מעלות צלזיוס, ציפויים Ceramic מציעים נקודות נמס גבוה יותר - כלומר, בשלב מתקדם של zirconia (YSZ) מתמס סביב 2,700 מעלות צלזיוס - אבל חייב להיות מיושם כשכבה דקה כי לא עובר מעגל תרמי.

Oxidation and Hot Corrosion Resistance

חמצן diffuses דרך אפילו ציפויים צפופים לאורך זמן.על הגעה למעיל תת-קרקעי או אג"ח, חמצן יוצר שכבת תחמוצת חמצני (TGO) מבוגר מדי או מתפתח מתחים שאריות, זה יהיה debond, גרימת כשלון. קורוזיה חמה מ sulfur, וניל, ומלחים נוספים מאיצים את הצמיחה TGO וניתן לייצר מגבלות נמוכות לדלקתיות (מדבקות) כדי להאטת חום כדי למתחם יציב.

המונחים: Thermal Cycling

במהלך מחזור טיסה טיפוסי, טמפרטורות המנוע משתנות ממתח לעוצמה מלאה תוך שניות.הזנים התרמית המתקבלים יכולים לפצח את הציפוי אם אין לו מספיק קשיחות או תאימות.לחצים Cyclic גם מניעים כישלון בממשק המצופה-substrate. מהנדסים חייבים לאזן את הקשב (להתנגדות לשחיקה) נגד קשיחות שבורה ודקטיות (עבור עמידות אופניים תרמיות).

CMAS Attack

חול, אבק ואפר געשי מועסים בטמפרטורה גבוהה והפקדה על רכיבי טורבינות. molten CMAS חודר את המבנה ה ⁇ של ציפוי YSZ קונבנציונלי, מגיב עם מייצב (ytria), וגורם לטרנספורמציה שלב ואחריו ספיעה.תופעה זו הפכה דאגה קריטית עבור מטוסים הפועלים באזורי המדבר או ליד הר געש פעיל.

ההתרחבות המסוכנת

אין חומר ציפוי יש בדיוק אותו יעיל של התרחבות תרמית (CTE) כמו תת-קרקעי סופרולית סטראט. במהלך חימום וקירור, זן שונה מייצר מתח בממשק.אם הלחץ עולה על חוזק האג"ח של הציפוי, דלמנטון מתרחש.במעילים עם ערכי ממשק בינוני CTE (למשל, MCAlrY ⁇ s) לעזור לנהל את השגיאה, אבל הבעיה חריפה עבור שרידי טמפרטורה עבה עבור שכבות מטבולית משמשות כדי לטמפרטורה גבוהה יותר.

סוגים עיקריים של ריצוף גבוה

ריצוף ריבוע (TBCs)

TBCs הם ככל הנראה המשפחה הציפוי החשוב ביותר במנועי סילון מודרניים.הם מורכבים מטופק קרמיקה - באופן קדחתני ytria-stabilized zirconia (YSZ) או גרסה נדירה-earth-doped - החל מעל מעיל אג"ח מתכתי.היעילות הנמוכה של שכבת הקרמיקה ( ⁇ W/mK עבור YZ) להפחית את הטמפרטורה הגבוהה ביותר של 100 מעלות צלזיוס, אשר ניתן שיפור על ידי הטמפרטורות גבוהות יותר, אשר ניתן שיפור על ידי הטמפרטורות גבוהות יותר, כלומר, 000.

(ב) [15] תוכן YSZ הוא בדרך כלל 6-8 wt%, אשר מייצב את שלב הטטטרה-גאוננסי ומספק חיים מצוינים של אופניים תרמיים, עם זאת, YSZ מתחיל לרדת מעל 1,200 מעלות צלזיוס בשל חוסר יציבות ובשלב הבא של חומרי ה- TBC-OCreconate (Gadoium Zirconate) (GdFLT:02LT)

Oxidation-Resistant Bonds

מעילי בונד משמשים גם כשכבה דבקה עבור הטופקט הקרמיקה וכמקור של אלומיניום ליצירת שכבת TGO מגן.שני המעמדות העיקריים הם סגסוגת MCrAlY (M= Ni, Co, או שילוב) ו diffusion aluminides, בעוד MCrAlY ציפויים מוחלים בדרך כלל על ידי פלסמה נמוכה (PS) או צורות חמצן גבוהות (Following) מכילים קשקשים של 0.2, 000) ו-Holitolitolide (H) , לעומת זאת, 000 סגסוגת C.

Diffusion aluminides נוצרים על ידי מלטציה או זיהום כימי Vapor (CVD) aluminizing להעשיר את פני השטח של superalloy עם אלומיניום, יצירת שכבת ⁇ Al. פלטינום modified aluminides (Pt-Al) לשפר את ההתנגדות חמצון על ידי ייצוב שלב β ודכאת היווצרות PT-Al משמשים ציפויים חמורים ביותר על גבי טורברומיאל.

MCrAlY Overlays

ציפויים Overlay מוחלים כמו שכבות דיסקרטיות עם הרכב מבוקר, עצמאי של כימיה substrate. MCrAlY overlays משמשים נרחב עבור תאים ו Vanes כי הם יכולים להיות מותאמים עבור או חמצון או עמידות קורוזיה על ידי התאמת יחס Ni / Cobalt-richAlrAlY הרכבים מציעים התנגדות קורוזיה חמה יותר, בעוד ניקל סגסוגת פחות מנפחים (מסוג של מנועים) הם פחות צפופים נמוכים יותר של קרמיקה, 000).

Aluminide Diffusion Coatings

זול נמוך בשימוש נרחב עבור רכיבים פחות קריטיים, ציפוי אלומיניום נוצר על ידי diffusing אלומיניום לתוך תת-המצע בטמפרטורות מעל 900 מעלות צלזיוס. שכבת ⁇ נילאל עלולה להיות 50-100 מיקרומטר עבה. פשוט aluminide הם מספיק עבור שלבים בטמפרטורה נמוכה יותר (below 1,000 מעלות צלזיוס), אבל עבור שירות גבוה יותר, פלטינה-מודולנטים מועדפים הם ציפויים בשלבי ציפויים, בדרך כלל, או ציפויים בשלבי שומן.

תהליכי ייצור מתקדמים ליישום

התכונות של ציפוי תלויות במידה רבה בכימיה שלה כמו על איך זה מוחל. כמה שיטות מחיקה משמשים בייצור אווירוקל, כל אחד עם יתרונות נפרדים.

אלקטרון-Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD)

EB-PVD היא השיטה המועדפת ליישום טורה TBCs על להבים טורבינות.התהליך משתמש קרן אלקטרון באנרגיה גבוהה כדי לחוסן קרמיקה בתא ריק.ה vapor condenes על תת-התחשש עם מבנה גרגר עמודה.ה הפערים בין עמודות לספק מתח, אשר נותן EB-DBCs מעל חיים תרמיים בהשוואה לדגמיים מדויקים, לעומת מבנה הציפוי של פלסמה, עם קצב הבקרה.

Air Plasma Spraying (APS)

APS משמש נרחב ליישום TBCs על תאבעירה, חתיכות מעבר, ורכיבים סטטיים. a פלזמה לפיד ממיס חלקיקי קרמיקה או אבקת מתכתי ומזרז אותם לעבר תת-התחריצים. חלקיקי ה- molten שטוחים ומחזקים כמבנה lamellar. APS הם יותר ⁇ מאשר ציפוי EB-PVD, אשר מורידים את ההתנהגויות הרמיוניות אך גם מפחיתים התנגדות וסובלנות והופכים ל-S (מפרקים) של שיטות מתוחכמות עדכניות (S) ו-S) ו-S (S) הן יכולות לשלב את הציפויחותמיצים (S) של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ יותר מאשר ציפוי ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דלק חמצן גבוה (HVOF) Spraying

HVOF משמש ליישום ציפוי מתכתי צפוף, ממומן היטב כגון MCrAlY ו- Wear-resistant alloys.התהליך combusts דלק (למשל, propane או kerosene) עם חמצן בלחץ גבוה, מאיץ חלקיקים כדי supersonic velocities ( ⁇ 600-800 m /s) אנרגיה קינטית מייצרת ציפויים עם לחץ נמוך, והוא גם לחץ גבוה יותר עבור מתחמיחסין הוא לחץ דם גבוה.

⁇ Vapor Deposition (CVD) ו- Pack Cementation

CVD משמש לייצור diffusion aluminide ו ציפוי פלטינה-aluminide. in מלטation, המרכיב מוטבע תערובת אבקה המכיל אלומיניום, פועלhalide, ו ממלא אינרציה.כאשר מחומם, פועל המניפסט טפסים halatile אלומיניום halet כי להיפטר על פני השטח, שחרור אלומיניום עבור פיזור.D מציעה שליטה טובה יותר ויותר, ציפויים מתכתי יכול לשמש מסגסוגת מתכת מורכבת.

חידושים וכיוונים עתידיים

מיצגים מתקדמים של Ceramic Composites for TBCs

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ננודור ועמודות

ציפויים ממובנים - שנוצרו על ידי שליטה בגודל של דגנים מתחת 100 nm - offer שיפר באופן דרמטי תכונות מכניות. דגנים Finer להגדיל את קשיות ונוקשות תוך צמצום מוליכות תרמית. רסס פלזמה סוספיגה יכול להפקיד ציפוי NSZ עם מבנים בעמודה ממוגדר היטב שיש להם סובלנות טובה יותר מאשר ציפויים APS קונבנציונליים אלקטרוסטטי.

המונחים: ccd Coatings

ציפוי מותאם פונקציונלי (FGC) מעבר בהדרגה ממעיל אג"ח מתכתי במצע למשטח קרמיקה על פני השטח.על ידי חיסול ממשקים חדים, FGCs להפחית מתחים לא מתאימים פשטות תרמיים ולשפר את הדבקות. Grading ניתן להשיג על ידי שינוי ההרכב של הזנה במהלך deposition או באמצעות מספר מזין אבקה במערכת ריססמה.

High-Entropy Alloys ו- Rare-Earth-Containing Bonds

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) המכיל אלמנטים רבים (למשל, CoCrFeNiAl) נחקרים כחומרי מעיל אג"ח. מחקרים מוקדמים מצביעים על כך שהוא יכול ליצור בקנה מידה יציב מאוד עם שיעורי צמיחה איטיים, אפילו בטמפרטורות גבוהות מאוד. נדיר-earth תוספת (Y, Hf, La) הם גם אופטימיזציה לשיפור גודל גבוה ולהפחית טמפרטורות יכול לפעול 1, 000.

מחיאות כפיים וחכמים

בהשראת מערכות ביולוגיות, ציפויים עצמיים מכילים microcapsules או תוספת של רשת של סוכני ריפוי אשר משחררים כאשר קרקרים להתרחש. עבור יישומים עתירי זמן גבוהים, סוכני ריפוי כוללים ⁇ מתכתי או מבשרי קרמיקה להגיב למלא סדקים ולשחזר תכונות מחסום.למרות עדיין בשלב המחקר, ציפויים עצמי יכול להאריך את חיי הרכיב באופן משמעותי על ידי מעצר לפני שהוא ממריץ את הצבע או מעכב פצעים אמיתיים.

בדיקה ו- Qualification of High-Temperature Coating

הבאת ציפוי חדש מהמעבדה לייצור כרוך בבדיקות קפדניות.שיטות מבחן סטנדרטי כוללות:

  • (FLT:0) בדיקות אופניים קדמוניות (FLT:1) - דגימות מחוממות בכבש (בדרך כלל 1,100-1,200 מעלות צלזיוס) וקרר במהירות לטמפרטורת החדר, חוזר על עצמו במשך מאות או אלפי מחזורים.
  • (FLT:0) אוקסידציה ובדיקות קורוזיות חמות (Corrosion) ,(FLT:1) - קופונים נחשפים למלחים זורמים או מלוחים קורוזיים בטמפרטורה במשך מאות שעות, עם מדידת שינוי משקל מחזורי וניתוח של עובי TGO.
  • (FLT:0 CMAS התנגדות בדיקות FLT:1) - דגימות מכוסות באבקת CMAS סינתטית וחשוף לטמפרטורה גבוהה כדי להעריך עומק חדירה ויציבות שלב.
  • (FLT:0) ,Erosion and Impact Testing FLT:1, סילון חלקיקים בעלי השפעה גבוהה או ירידה במשקל משפיעים מדמיעים נזקי אובייקט זר ושחיקה בשירות.
  • (FLT:0) ניתוח של יישום (FEA)ראהFLT) 1:1 - מודלים חישוביים לדמות התפלגות מתח וחיזוי חיי ציפוי בתנאים תפעוליים של מנוע.

רק לאחר שעבר את ההערכות הללו – לעתים קרובות לוקח שנים – הוא ציפוי מוסמך לשימוש בייצור במנועי טיסה.

מסקנה

ציפויים מהירים מאפשרים לציפוי עתירי ביצועים מודרניים של מנוע סילון, המאפשרים לטמפרטורות טורבינות להיכנס תוך הגנה על ⁇ מבניות מפני חמצון, קורוזיה, וזעזוע תרמי.האתגרים ניתנים לעצימות: ציפויים חייבים להיות יציבים בו זמנית בטמפרטורות קיצוניות, עמידים בפני כימאיים אגרסיביים אגרסיביים יותר, טעינה מסיבית אופניים, ותואמים עם מורכבות גיאוגרפיה של ימינו - פתרונות איטיים - כמו גם מצופה של ספקטרום גבוה יותר, כמו צמיגים עמידים, אך עמידים, כמו מצופה יותר, כמו טמפרטורות גבוהות יותר, כמו צמיגים עמידים, כמו צמיגים עמידים, כמו מצופה יותר, כמו צמיגים עמידים יותר, כמו צמיגים עמידים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו צמיגים עמידים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו צמיגים עמידים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו חסכוניים יותר, כמו חסכוניים עמידים יותר, כמו צמיגים עמידים יותר, כמו צמיגים עמידים, כמו חסכוניים עמידים עמידים עמידים עמידים יותר, כמו טמפרטורות גבוהות יותר, כמו צמיגים עמידים עמידים יותר, כמו

(ב) לקריאה נוספת, עיין בסקירה של נאס"א של ציפויי מחסום תרמיים 1FLT:2ScienceDirect's משאב של TBC חומרים LT:3, ומחקר עדכני על הציפוי FLT:4advanced MCrAlY ציפויsFLT:5 מקורות אלה מספקים פרטים טכניים עמוקים יותר בנושאים שנדונו.