Giriş Giriş Giriş

Jet motorları modern mühendislikte bulunan en zorlu koşullardan bazıları altında güvenilir şekilde çalışmalıdır. Türbin bıçakları, yanma odası lineerleri ve egzoz nozulları, yüksek sıcaklık kaplamalarını 1500 °C'den fazla, yüksek seviyeli katılımcı akışları ve agresif oksitler veya korrosif ortamların altında işletmeye tabi tutulur.Bu makale, jet motorlar için kullanılan nikel bazlı süperalloylar ve titanyum alaşımları dakikalar için kullanılan temel bariyerleri inceler.

Jet Engines'in İşletim Ortamını Anlamak

Yüzeylerin neden vazgeçilmez olduğunu takdir etmek için, bir ilk olarak hizmet ortamındaki şiddetini anlamalıdır. Yüksek basınçlı türbinde (HPT) bölümü, gaz sıcaklıkları en yüksek stres ve titreşimlerin erimesi noktasından 1.600 °C'ye ulaşabilir.

Aynı şekilde zararlı olan kimyasal çevredir. Komustion ürünleri oksijen, su buharı, sulfür ve kullanım bileşiklerini içerir. Yüksek sıcaklıklarda, bu tür yüzeylere su veya sıvı kaplamalar şeklinde tepki verir - deniz ortamlarından alınan bir fenomen, binlerce saat boyunca hem termal yalıtım ve kimyasal işlevleri sağlar.

Yüksek hacimli Kaplama Geliştirmede Anahtar Zorluklar

Termal Stability ve Gergrasyon

Yüzey kaplamaları, gelişmiş motorlar için 1.100 °C'yi aşan işletim sıcaklıklarında substrata uymalı ve yapıştırılmalıdır.En metalik kaplamalar yumuşatılmalıdır veya oksite hızla 1,100°C. Seramik kaplamalar daha yüksek bir erime noktaları sunar - servis sırasında faz dönüşümleri veya aşırı sinerjize edilmemiş zirconia (YSZ) zirkonomiklar.

Oxidation ve Hot korozyon Direnişi

Oksijen zamanla bile yoğun kaplamalar yoluyla diyalektikler. substrat veya bağ ceketine ulaşırken, oksijen bir termal olarak büyüyen oksit (TGO) tabakası oluşturur. TGO çok kalınsa veya sürekli stresler geliştirirse, kaplamalar da artar, stabil oksit (muhtemelen ⁇ alumina) ve alkali tuzlar daha da hızlandırılır TGO büyümelerini sağlar ve tahıl sınırlarına nüfuz eden düşük seviyeli bileşikler üretebilir.

Mekanik Durability Under Thermal Bisiklet

Tipik bir uçuş döngüsü sırasında, motor sıcaklıkları saniyeler içinde tam bir güç için değişmektedir. Sonuç olarak, ısıtılması yeterli sertliği veya uyum eksikliği varsa kaplama-substrate arayüzünde yorgunluk başarısızlıkını da artırır.

CMAS Saldırısı

Sand, toz ve volkanik ash yüksek sıcaklıkta motor erimesine ve türbin bileşenlerine depozito verdi.Bu fenomen çöl bölgelerinde faaliyet gösteren uçaklar veya aktif volkanlar üzerinde etkili bir endişe haline geldi.

Termal genişleme Mismatch

Yüzey malzemesi tam olarak aynı termal genişleme katsayısı (CTE) süperalloy substratı olarak sahiptir. ısıtma ve soğutma sırasında, diferansiyel sular kaplamanın bağ gücünü aşıyorsa, delaminasyon meydana gelir.Kaçt.CTE değerleri ile çelik kaplamalar yapılır.

Yüksek hacimli kaplamaların büyük türleri

Termal Engel Kaplamaları (TBCs)

TBCs muhtemelen modern jet motorlarında en önemli yüksek sıcaklık kaplama ailesidir. Onlar bir seramik topcoatnden oluşur -tipik olarak zirkonia (YSZ) veya nadir görülen bir nüks - metalik bir bağ ceketi üzerinde uygulanabilir.

YtPVtris YSZ'de genellikle% 6-8 wt, ki bu tetragonal aşamayı stabilize eder ve mükemmel bir termal bisiklet hayatı sağlar. Ancak, geleneksel YSZ yukarıda 1.200 °C'nin sintering ve faz istikrarsızlığı nedeniyle.

Oxidation-Resistant Bond Kaplamaları

Bond ceketleri hem seramik üst perde için bir yapıştırıcı katmanı olarak hem de koruyucu TGO tabakası oluşturmak için alüminyum kaynağı olarak hizmet eder.İki ana sınıf MCrAlY alaşımları (M = Ni, Co, ya da bir kombinasyon) ve diffüzyon bir ışıktır. MCrAlY kaplamaları genellikle düşük basınçlı plazma spreyi (LPPS) veya yüksek çözünürlükte ısıtılırken, TDTF) spreyi sağlar.

Diffüzyon aluminitler, ⁇ NiAl tabakası ile süper saflaştırma (Pt-Al) daha fazla fikre direnç sağlayarak, söndürücü fazı güçlendirerek ve boşluk formasyonları en ağır olan ilk aşama türlerinde kullanılır.

MCrAlY Overlay Kaplamalar

Overlay kaplamalar kontrollü bir kompozisyonla ayrı katmanlar olarak uygulanır, substrat kimyasının bağımsız. MCrAlY overlays yanma odası ve vanes için yaygın olarak kullanılır, çünkü ya da oksidasyon veya korozyon direnci için Ni/Co oranı ayarlamaya göre ayarlanabilir. Cobaltrich MCrAlY kompozisyonları daha iyi sıcak korozyon direnci sunarken, nikel zengin kompozisyonlar oxidasyonlarda öne çıkarlar.

Aluminide Diffüzyon Kaplamaları

Düşük kritik bileşenler için yaygın olarak kullanılan düşük çözünürlük kaplamalar, yüksek sıcaklık hizmeti ile 900 °C'nin üzerindeki yüzeylere alüminyumu dağıtıyor.NiAl katman 50-100 μm kalın. Basit aluminitler genellikle daha düşük sıcaklık aşamaları için yeterlidir (daha yüksek sıcaklık hizmeti için, platinli modeller tercih edilir.)

Kaplama Uygulama için Gelişmiş Üretim Süreçleri

Bir kaplamanın özellikleri, kimyasına nasıl uygulandığına bağlı olarak bağlıdır. Uçak üretiminde çeşitli ayrışma yöntemleri kullanılır, her biri farklı avantajları ile.

Elektron-Beam Fiziksel Vapor Deposition (EB-PVD)

EBPVD, sütunlar üzerindeki sütunlar uygulama için tercih edilen yöntemdir. Süreç, EB-PVD TBCs'in yüksek ısılı kaplamaları buharlaştırması için yüksek enerjili elektron kirişini kullanır. Süreç aynı zamanda kalınlığı ve kompozisyonun hassas kontrolüne de izin verir ve sütunlu yapı, yüzeysel iletkenliği tertemiz ile birlikte tasarlanabilir.

Air Plazma Spreying (APS)

APS, TBCs'leri yanma odası, geçiş parçaları ve statik bileşenler üzerinde uygulamak için yaygın olarak kullanılır. APS torlu erimiş seramik veya metalik toz parçacıkları ve onları substrata doğru hızlandırır. molten parçacıkları düz ve sağlam bir şekilde kaplamalar, hem de ince parçalara sahiptir. APS kaplamaları hem de ısıtılabilirlik avantajlarının faydalarını birleştirir.

Yüksek-Velocity Oksijen Yakıt (HVOF)

HVOF yoğun, yüksek basınçta oksijen uygulamak için kullanılır ( ⁇ 600-800 m /s) Yüksek kinetik enerji kaplamaları düşük reflektif, mükemmel küller yakıtı (örneğin, kerosen) ve yüksek basınçta oksijen ile, yüksek basınçta yüksek platolar altında demirler için hızlanır.

Kimyasal Vapor Deposition (CVD) ve Pack Çimento

CVD, alüminyum içeren bir toz karışımında, ısıtılmış bir alüminyum hali hazırda, alüminyum kaplamalar için serbest bırakmak ve kompozisyonu içeren bir toz karışımında yer almaktadır. Her iki işlem de metalurjik olarak kontraseptörleri üretir.

Yenilik ve Gelecek Yolları

TBCs için Gelişmiş Seramik Kompozitler

YSZ'nin sıcaklık sınırlamalarını aşmak için, araştırmacılar pirochlores (Gd)|Döneticiler))[D)[D[D][/FONT][/FONT=D))))

Nanoyapılı ve Köşe Kaplamaları

Nanoyapılı kaplamalar - 100 nm altında tahıl boyutunu kontrol ederek - dramatik olarak geliştirilmiş mekanik özellikleri. Finer tahıllar ısı iletkenliği azaltırken sertleştirici ve sertliği azaltır. Suspension plazma spreyleme, EB-PVD'den daha düşük maliyetle nanoyapılan sütunlu yapılara kadar iyi bir şekilde yükseltilebilir.

Fonksiyonel olarak Graded Kaplamalar

Fonksiyonel olarak derecelendirilmiş kaplama (FGC) geçişleri, bir plazma sprey sisteminde bir seramik topcoat'a kadar substratın metalik bir bağ ceketinden yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş laboratuvar testlerinde termal bisikletler, ancak süreç karmaşıklığı ve kabul etmek için kullanılabilir.

Yüksek performanslı yüzeyler ve Nadir Dünya-Koning Bond Coats

Yüksek performanslı alaşımlar (HEPA) çok sayıda temel element (örneğin, CoCrFeAl) bağ kaplama malzemeleri olarak incelenir. Erken çalışmalar, HEAs'nin yavaş büyüme oranları ile yüksek sıcaklıklarla yüksek ölçekli ölçekler oluşturabileceğini göstermektedir. nadiren ortaya çıkar.

Kendi kendini kınayan ve Akıllı Kaplamalar

Biyolojik sistemler tarafından ilham alın, kendini teşvik eden kaplamalar, çatlakları veya ek bir ek-teşekk kaplamalar meydana geldiğinde serbest bırakma ajanlarının ekstra bir ağını içerir. Yüksek sıcaklık uygulamaları için, şifa ajanları, metalik alaşımlar veya seramik öncüleri, çatlakları doldurmaya ve geri yükleme bariyer özelliklerini hala araştırır.

Yüksek-Temperature Kaplamaların Test ve Derecesi

Laboratuardan üretime yeni bir kaplama getirmek titiz test yöntemleri içerir: Standart test yöntemleri şunları içerir:

  • [FONT:0] ⁇ bisiklet testleri[[Dönetici: 1) - örnekler bir fırında ısınıyor (tipik olarak 1,100-1,200°C) ve yüzlerce veya binlerce döngü için tekrarlanan odalara hızla soğutulmuş.
  • [FONTD:0)Oxidation ve sıcak korozyon testleri) - kuponlar yüzlerce saat boyunca ısıya veya koratif tuzlara maruz kalıyor, TGO kalınlığının periyodik ölçüm ve kesitsel analizi ile.
  • [FONT=0)CMAS direniş testleri[[[DÜT:1) - kapılmış örnekler sentetik CMAS tozu ile kaplıdır ve infiliz derinliği ve faz istikrarı değerlendirmeleri için yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır.
  • [FONT:0]Erosion ve etki testleri[Dönetici: 1) Yüksek seviyeli parçacık jetleri veya düşüş ağırlık etkileyicileri yabancı nesne hasarlarını ve hizmet erozyonunu taklit eder.
  • [FONT:0)Finite-element analizi (FEA)) - hesaplama modelleri stres dağıtımlarını simüle eder ve kontrol altında kaplama hayatını motor işletim koşulları altında tahmin eder. Geçerli modeller pahalı rig testi ihtiyacını azaltır.

Sadece bu değerlendirmeleri geçtikten sonra – yıllar alıyor – uçuş motorlarında üretim için nitelikli bir kaplama.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek sıcaklık kaplamaları modern jet motor performansının kritik bir yoludur, transformasyondan yapısal alaşımları korumak için kovalama, korozyon ve termal şoklar. Zorluklar için, kaplamalar aynı anda sabit olmalıdır - aşırı sıcaklıklara dayanıklı, agresif kimyagerlere karşı dayanıklı, mekanik olarak sağlam bir şekilde yük geçişi sağlar ve karmaşık yüzeyler geometrilere karşı uyumlu hale getirir.Bugünün çözümleri - daha yüksek çözünürlüklere dayanan küçük bariyer kaplamaları ve yüksek çözünürlüklere dayanan kaplamalar ve yüksek çözünürlükte daha yüksek çözünürlükte ve daha uzun süre kalıcı olarak daha yüksek bir şekilde sağlanır.

Daha fazla okuma için, danışma:0)NASA'nın termal bariyer kaplamalarının genel bakışı) FenDirect'un TBC materyali üzerindeki kaynağı ) ve son araştırma [FONTDDDDDDÜSÜSÜSÜSÜSTRÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.