Progressus investigationis et tendentia evolutions turbineum gasearum graviorum et earum tegumentorum thermalium barrierae (4)

Praecipua proprietātes strātī thermī obstaculī turbinis gasōsum

Quia opera turbinum gasorum graviorum in terra generaliter fiunt in ambiente composito, et cycli manutentionis longi sunt, usque ad 50 000 horas pervenire possunt. Ideo, ut technologia stratorum thermalium turbinum gasorum melioraretur et vita utilis stratorum thermalium prolongaretur, nuper multi studiosi de proprietatibus principalibus stratorum thermalium, ut est isolatio thermica, resistentia oxidationi, resistentia ictibus thermalibus et resistentia corrosioni a CMAS, investigaverunt. Inter haec, studia et progressus circa strata thermalia in rebus isolations thermicae, resistentiae oxidationi et resistentiae ictibus thermalibus satis abundantes sunt; at resistentia corrosioni a CMAS rara est. Simul, corrosio a CMAS facta est praecipuus modus defectus stratorum thermalium, quae progressum generis sequentis turbinum gasorum altissimae perficiendae impedit. Ideo, haec sectio primo breviter introducit proprietates stratorum thermalium in rebus isolations thermicae, resistentiae oxidationi et resistentiae ictibus thermalibus, deinde vero in Sectione 4 progrediens investigationis circa mechanismum corrosionis a CMAS et technologiam protectionis stratorum thermalium tractat.

Proprietas isolandi calorem

Cum industria evolveretur, turbinēs gasīs altīs praestantiae condidērunt condiciōnēs severiōrēs ad temperāturam īnfluentis turbinae. Ideō valdē importat ut meliōrētur isolātiō thermālis revēstītūrae barriēris thermālis. Isolātiō thermālis revēstītūrae barriēris thermālis ad materiam, structūram et prōcessum praeparātiōnis revēstītūrae pertinet. Praetereā ambīēns in qua revēstītūra barriēris thermālis utitur etiam ad eius proprietātem isolandī calorem afficit.

Conductivitas thermalis saepe ut index aestimationis adhibetur ad praestantiam isolatoriam thermalium stratorum. Liu Yankuan et al. [48] stratum YSZ, cuius 2 mol.% Eu³⁺ additum est, per technicam APS paraverunt; atque cum strato YSZ comparatum est: resultata ostenderunt conductivitatem thermalem strati YSZ cum 2 mol.% Eu³⁺ addito minorem esse, id est, praestantiam isolatoriam strati YSZ cum 2 mol.% Eu³⁺ addito meliorem esse. Invenitur autem, characteristics spatiales et geometricae pororum in strato magnam vim habere in conductivitatem thermalem [49]. SUN et al. [50] studium comparativum de conductivitate thermali et modulo elasticitatis stratorum isolatoriorum thermalium diversarum structurarum pororum instituerunt. Resultata ostendunt conductivitatem thermalem et modulum elasticitatis strati isolatorii thermalis minui cum diminutione magnitudinis pororum, atque quo maior est porositas, eo minor est conductivitas thermalis. Multa studia demonstraverunt stratum APS, comparatum cum strato EB-PVD, meliorem praestantiam isolatoriam habere, quia stratum APS maiorem porositatem et minorem conductivitatem thermalem habet [51]. RATZER-SCHEIBE et al. [52] effectum crassitudinis strati EB-PVD PYSZ in conductivitatem thermalem investigaverunt; et resultata ostenderunt crassitudinem strati EB-PVD PYSZ magnam vim habere in eius conductivitatem thermalem, id est, crassitudinem strati etiam unum ex principalibus factoribus esse, qui in praestantiam isolatoriam strati isolatorii thermalis influunt. Etiam studia Gong Kaisheng et al. [53] ostendunt, intra crassitudinis ambitum, qui in usu reali stratorum adhibetur, praestantiam isolatoriam strati proportionalem esse suae crassitudini et differentiae temperaturarum ambientium. Licet praestantia isolatoria strati isolatorii thermalis augeatur cum incremento crassitudinis, tamen, si crassitudo strati ulterius crescat usque ad certum valorem, facile fit concentratio tensionis in strato, quae ad defectum praecocem ducit. Ideo, ut praestantia isolatoria strati augeatur et duratio eius vitae protracta, crassitudo strati rationabiliter regenda est.

Resistentia Oxidationis

Sub condicione oxidationis ad altam temperaturam facile stratum TGO in recubrimento barrierae thermalis formatur. Influentialia TGO in recubrimentum barrierae thermalis [54] sunt duplex: ex una parte, TGO formatum impedire potest ut oxygenium ulterius introrsum diffundatur et influentiam externam in oxidationem matricis metallicae minuat; ex altera parte, cum TGO continuo crassescit, propter suum magnum modulum elasticitatis et magnam differentiam inter suum coefficientem dilatationis thermalis et stratum adhaerens, facile etiam magnae tensiones in processu refrigerationis oriuntur, quae recubrimentum cito abscindere possunt. Ideo, ut vita recubrimenti barrierae thermalis producatur, urgens est resistentia oxidationi recubrimenti meliorata.

XIE et al. [55] formationem et incrementum TGO investigaverunt, quae praecipue in duas partes divisa sunt: primo, stratum densum α -Pellicula Al2O3 formata est in strato adhaerentiae, deinde autem oxidum mixtum porosum inter stratum ceramicum et α -Al2O3 formatum est. Rēsultāta ostendunt substantiam praecipuam quae rimās in recūsō thermālī generat esse oxidum mixtum porōsum in TGO, non α -Al₂O₃. LIU et al. [56] methodum emendatam proposuerunt ad velocitatem incrementi TGO per analysin numericam evolutionis tensionis in duobus gradibus simulandum, ut vitam revestimentorum thermalium barrierae accurate praedicere possint. Itaque spissitudo TGO efficaciter regi potest per regulandam velocitatem incrementi porosorum noxiorum oxydorum mixtorum, ut defectus praematurus revestimentorum thermalium barrierae vitetur. Resultata ostendunt incrementum TGO retardari posse per duplex revestimentum ceramicum barrierae thermalis, depositionem strati protectivi in superficie revestimenti, et augendam densitatem superficiei revestimenti; ita resistentia oxidationi revestimenti in certam mensuram augeri potest. AN et al. [57] technologia APS utiuntur ad duo genera revestimentorum thermalium barrierae paranda: comportamentum formationis et incrementi TGO per experimenta oxidationis isothermae ad 1 100 °C investigatum est. ℃. Primum est duplex ceramicae barrierae pellicula YAG/YSZ (DCL TBC), alterum vero unica ceramicae barrierae pellicula YSZ (SCL TBC). Rerum gestarum investigatio ostendit formationem et incrementum TGO legibus thermodynamicae obsequi, ut in Figura 5 apparet: secundum formulas (1) usque ad (8), primum Al₂O₃ formatur, deinde oxidatio ionum Y stratum extremo tenuem Y₂O₃ in superficie Al₂O₃ TGO generat, quae duo inter se reagunt ut Y₃Al₅O₁₂ formetur. Cum iona Al ad certum valorem diminuuntur, alia elementa metallica in strato adhaerentis iam antea posteaque oxidantur, formantes oxyda mixta (Cr₂O₃, CoO, NiO, et oxyda spinellica, etc.), primo Cr₂O₃, CoO, NiO formantur, deinde cum (Ni, Co)O et Al₂O₃ reagunt ut (Ni, Co)Al₂O₄ formetur. (Ni, Co)O cum Cr₂O₃ reagit ut (Ni, Co)Al₂O₄ formetur. Comparatione cum SCL TBC, formatio et incrementum TGO in DCL TBC lentius fiunt; ideo meliores proprietates antioxidativae ad altas temperaturas habet. Xu Shiming et al. [58] pelliculam per sputterationem magnetronis in superficie pelliculae 7YSZ deposuerunt. Post tractationem thermicam, α —Stratum -Al2O₃ generatum est per reactionem in situ. Studium ostendit quod α —Stratum -Al2O₃ formatum in superficie tegumenti resistentiam oxidationi tegumenti augere potest, impediendo diffusionem ionum oxygenii. FENG et al. [59] demonstraverunt remeltingum laseris superficiei tegumenti YSZ depositi per aerem (APS) resistentiam oxidationi tegumenti augere posse, praesertim quia remeltingum laseris densitatem tegumenti augere potest, ita crescitus TGO retardans.

Resistentia ad Thermicum Percutere

Cum componentes extremi calidi turbinum gazearum robustarum in usu sunt in ambiente altae temperaturae, saepe ictum thermicum patiuntur propter rapidam mutationem temperaturae. Ideo partes ex alliis protegi possunt, si resistentia ad ictum thermicum tegimenti barrierae thermalis augetur. Resistentia ad ictum thermicum tegimenti barrierae thermalis generaliter per experimentum cyclorum thermalium (ictus thermalis) examinatur: primum ad altam temperaturam per tempus quoddam retinetur, deinde ad refrigerationem aere/ aqua removitur; hoc est unus cyclus thermalis. Resistentia ad ictum thermicum tegimenti barrierae thermalis aestimatur per comparationem numeri cyclorum thermalium, quos tegimentum sustinuit antequam deficeret. Studia ostenderunt resistentiam ad ictum thermicum tegimenti barrierae thermalis structurae gradatim meliorem esse, praecipue quia spissitudo tegimenti barrierae thermalis structurae gradatim parva est, quae ictum thermicum in tegimento moratur [60]. ZHANG et al. [61] experimenta cyclorum thermalium ad 1 000° C fecerunt. ℃ de tribus formis stratorum thermalium barrierae punctiformi, lineari et reticulari, quae per remeltingum laseris strati thermalis barrierae NiCrAlY / 7YSZ obtinentur, et de resistentia ad thermicum impulsuum speciminum sparsorum et trium speciminum diversarum figurarum post tractamentum laseris. Resultata ostendunt specimen punctiforme optima habere resistentiam ad thermicum impulsuum et vitam cyclorum thermalium duplam esse quam specimen sparsum. Tamen resistentia ad thermicum impulsuum speciminum lineari et reticulari deterior est quam speciminum sparsorum, ut in Figura 6 apparet. Praeterea, multae investigationes demonstraverunt quaedam nova materiales stratorum bonam habere resistentiam ad thermicum impulsuum, ut SrAl12O19 [62] a ZHOU et aliis propositum, LaMgAl11O19 [63] ab LIU et aliis propositum, et Sm2(Zr0.7Ce0.3)2O7 [64] ab HUO et aliis propositum. Itaque, ut resistentia ad thermicum impulsuum strati thermalis barrierae melioratur, praeter structuralem conceptionem et optimisationem strati, possibile est nova materialia cum bona resistentia ad thermicum impulsuum invenire et evolvere.