Напредак истраживања и развојни тренд тешке гасне турбине и њихових топлотних бариерних премаза ((4)

Кључна својства топлотне бариерне премазе за гасне турбине

Пошто је рад на грундирани тешке гасне турбине обично у сложеном окружењу, а циклус одржавања је дуг, може бити и до 50.000 сати. Због тога, како би се побољшала технологија топлотне бариерне премазе за гасне турбине и продужио животни век топлотне бариерне премазе, последњих година истраживачи су обавили пуно истраживања о кључним својствима топлотне бариерне премазе, као што су топлотна изолација, отпорност на оксида Међу њима су истраживање и напредак топлотних бариерних премаза на топлотну изолацију, отпорност на оксидацију и отпорност на топлотне ударе релативно довољни, али отпорност на ЦМАС корозију је релативно ретка. У исто време, ЦМАС корозија је постала главни начин неуспеха топлотних бариерних премаза, што омета развој следеће генерације високоперформансних гасних турбина. Због тога се у овом одељку прво кратко уводе топлотне изолације, отпорности на оксидацију и отпорности на топлотне ударе топлотних бариера, а затим се фокусира на напредак истраживања механизма корозије ЦМАС и технологије заштите топлотних бариера у одељку 4.

Изолационо својство

Са развојем индустрије, високопродуктивне гасне турбине су поставили више захтеве за температуру улаза турбине. Стога је веома важно побољшати топлотну изолацију топлотне баријере. Трпелна изолација топлотне бариерне премазе повезана је са материјалом, структуром и процесом припреме премаза. Поред тога, сервисно окружење топлотне бариерне премазе такође ће утицати на његову топлотну изолацију.

Трпена проводност се генерално користи као индекс за процену топлој изолације топлотних бариера. Лиу Јанкуан и сарадници [48] су припремили 2 mol.% Eu3+ допиран YSZ премаз са АПС-ом, а у поређењу са YSZ премазом, резултати су показали да је топлотна проводност 2 mol.% Eu3+ допиран YSZ премаз нижа, односно топлотна изолација Проналажено је да просторне и геометријске карактеристике поре у премазу имају велики утицај на топлотну проводност [49]. Сун и колеги [50] су спровели компаративну студију о топлотној проводности и еластичном модулу топлотних бариерних премаза са различитим структурама пора. Резултати показују да се топлотна проводност и еластични модул топлотне бариерне премазе смањују са смањењем величине пора, а што је порозност већа, то је топлотна проводност нижа. Многе студије су показале да је премаз АПС-а у поређењу са премазом ЕБ-ПВД-а топлоизолационаји, јер има већу порозност и мању топловодљивост [51]. РАТЦЕР-СЦХЕИБЕ и др. [52] проучавали су утицај дебелине премаза EB-ПВД ПИСЗ на топлотну проводност, а резултати су показали да дебелина премаза EB-ПВД ПИСЗ значајно утиче на његову топлотну проводност, односно дебелина премаза је такође један Резултати истраживања Гонг Каишенг и других [53] такође показују да је у распону дебљине стварне апликације премаза, топлотна изолација премаза пропорционална његовој дебљини и разлици температуре окружења. Иако ће се топлотна изолација топлотне бариерне премазе побољшати повећањем дебљине, када дебљина премаза настави да расте до одређене вредности, лако је изазвати концентрацију стреса у премазу, што доводи до раног неуспеха. Због тога, како би се побољшала топлотна изолација премаза и продужио његов живот, дебљина премаза треба разумно регулисати.

Оксидацијска отпорност

У условима високотемпературне оксидације, слој ТГО се лако формира у топлотном баријерном премазу. У утицају ТГО на топлотну бариерну обојку [54] постоје две стране: с једне стране, формирани ТГО може спречити да кисеоник настави да се дифузира унутра и смањити спољни утицај на оксидацију матрице легуре. С друге стране, са континуираним густињем ТГО, због његовог великог еластичног модула и велике разлике између његовог коефицијента топлотног ширења и лепих слојева, такође је релативно лако произвести велики стрес током процеса хлађења, што ће учинити да се премаз брзо опусти. Због тога је, како би се продужио живот топлотне бариерне премазе, хитно побољшано отпорност на оксидацију премаза.

ХИЕ ит ал. [55] проучавали су формирање и понашање раста ТГО, који је углавном подељен на две фазе: прво, густа α -Al2O3 филм је формиран на слоју везивања, а затим је формиран поран мешави оксид између керамичког слоја и α - Ал2О3. Резултати показују да је главна супстанца која узрокује пукотине у топлотном баријерном премазу порозни мешави оксид у ТГО, а не α - Ал2О3. LIU et al. [56] предложили су побољшану методу за симулацију стопе раста ТГО путем нумеричке анализе еволуције стреса у две фазе, како би се прецизно предвидео живот термалних бариера. Стога се дебљина ТГО може ефикасно контролисати контролисањем брзине раста порног штетног мешаног оксида, како би се избегао прерани пропад топлотних бариера. Резултати показују да се раст ТГО може одложити коришћењем двокерамичког топлотне бариерне премазе, одлагањем заштитног слоја на површини премаза и побољшањем густине површине премаза, а отпорност на оксидацију премаза може се у одређеној мери побољшати. АН и др. [57] користили су АПС технологију за припрему две врсте топлотних бариерних премаза: Формирање и понашање раста ТГО-а проучавано је изотрмним тестовима оксидације на 1 100 ℃- Да ли је то истина? Први је ДВЛ ТБЦ (ДВЛ ТБЦ) и СЦЛ ТБЦ (СЦЛ ТБЦ). Резултати истраживања показују да процес формирања и раста ТГО прате законе термодинамике, као што је приказано на слици 5: Према формули (1) ~ (8), прво се формира Ал2О3, а затим оксидација јона И формира изузетно танки слој И2О3 на површини Ал2О3 ТГО Када се ал јон смањи на одређену вредност, други метални елементи у слоју везе оксидирају се пре и након формирања мешаних оксида (Cr2O3, CoO, NiO и спинелни оксиди итд.), Прво формирају Cr2O3, CoO, NiO, а затим реагују са (Ni, Co (Ни, Ко) О реагује са Cr2O3 да би формирао (Ни, Ко) Ал2О4. У поређењу са ТБЦ-ом у СЦЛ-у, ниво формирања и раста ТГО-а у ТБЦ-у у ДЦЛ-у је спорији, тако да има боља антиоксидантна својства на високим температурама. Сју Шиминг и сарадници [58] користили су магнетронско прскање да би се сложили филмови на површини 7YSZ премаза. Након топлотне обраде, α -Склад Ал2О3 је генерисан реакцијом на месту. Студија је показала да је α -Стврђени слој Ал2О3 на површини премаза може побољшати отпорност на оксидацију премаза спречавањем дифузије кисеоника. ФЕНГ и др. [59] показали су да ласерско преплављење површине АПС ИСЗ премаза може побољшати отпорност на оксидацију премаза, углавном зато што ласерско преплављење може побољшати густило премаза, чиме се одлажи раст ТГО.

Отпорност на топлотне ударе

Када су компоненте горећих краја тешке гасне турбине у послу у окружењу високих температура, често претрпе топлотни шок узрокован брзим променама температуре. Стога се делови из легуре могу заштитити побољшањем отпорности на топлотне ударе топлотне баријере. Отпорност на топлотне ударе топлотне бариерне премазе се обично тестира термалним циклусом (термални удар), прво се одржава на високој температури током одређеног временског периода, а затим се уклања за хлађење ваздухом/водом је топлотни циклус. Отпорност на топлотне ударе топлотне бариерне премазе процењује се упоређивањем броја топлотних циклуса које покривање доживљава када се порекле. Студије су показале да је отпорност на топлотне ударе топлотне бариерне структуре градијентског премаза боља, углавном зато што је дебелина топлотне бариерне структуре градијентског премаза мала, што може одложити топлотни стрес у премазу [60]. Зханг и др. [61] извели су тестове топлотних циклуса на 1000 ℃ на три облика спот, стрип и решетка топлотних преграда добијених ласерским реплавањем НиЦрАЛИ / 7YSZ топлотних преграда и проучавао отпорност на топлотне ударе прсканих узорка и три узорка различитих облика након ласерског третмана. Резултати показују да тачкови узорци имају најбољу отпорност на топлотне ударе и да је живот топлотног циклуса два пута већи од пробна прскања. Међутим, отпорност на топлотне ударе у пруженим и решетчаним узорцима је боља од отпорности на прскање узорака, као што је приказано на слици 6. Поред тога, велики број студија показао је да неки нови материјали за премаз имају добру отпорност на топлотне ударе, као што су SrAl12O19 [62] предложен од стране ZHOU и других, LaMgAl11O19 [63] предложен од стране LIU и других, и Sm2 (Zr0.7Ce0.