Navorsingsvoortgang en ontwikkelingstrend van swaar gasroere en hul termiese barrièrbeskrywings (4)

Sleutel eienskappe van termiese barrièrbekleding van gaswiel

Omdat die werk van grondgas turbines gewoonlik in 'n komplekse omgewing plaasvind en die onderhoudsiklus lank is, kan dit so hoog wees as 50,000 ure. Daarom, om gas turbine termiese barrièrbekleidingstegnologie te verbeter en die dienstyd van termiese barrièrbekleidings te verleng, het navorsers in onlangse jare baie navorsing gedoen oor die sleutelkenmerke van termiese barrièrbekleidings, soos warmteisolering, oksidasieresistensie, termiese skokresistensie en CMAS-korrosieresistensie. Daaronder is die navorsing en vooruitgang van termiese barrièrbekleidings op warmteisolering, oksidasieresistensie en termiese skokresistensie redelik volledig, maar die weerstand teen CMAS-korrosie is relatief skaars. Gelyktydig is CMAS-korrosie geword tot een van die hoofmislukkingsmodusse van termiese barrièrbekleidings, wat die ontwikkeling van die volgende generasie hoëprestasie gas turbines belemmer. Daarom bespreek hierdie afdeling eers kortliks die termiese isolering, oksidasieresistensie en termiese skokresistensie van termiese barrièrbekleidings, en fokus dan op die navorsingsvooruitgang van die CMAS-korrosiemeganisme en -beskermingstegnologie van termiese barrièrbekleidings in Afdeling 4.

Warmeisoleringseiendom

Met die ontwikkeling van die bedryf, het hoë prestasie gasroere hoër eise gestel aan die turbinetoegangstemperatuur. Daarom is dit baie belangrik om die warmeisolering van die termiese barrièrlaag te verbeter. Die warmeisolering van die termiese barrièrlaag is verwant tot die materiaal, struktuur en voorbereidingsproses van die laag. Boonop sal die diensomgewing van die termiese barrièrlaag ook sy warmeisoleringseiendomme beïnvloed.

Termiese geleiwordigheid word gewoonlik as die evaluasieindeks vir die termiese isoleringsvermoë van termiese barrièrlaagtes gebruik. Liu Yankuan en mnr. [48] het 'n 2 mol.% Eu3+ gedopeerde YSZ-laaibaar berei met APS, en vergelyk met die YSZ-laaibaar, het die resultate getoon dat die termiese geleiwordigheid van die 2 mol.% Eu3+ gedopeerde YSZ-laaibaar lager was, dit wil sê, die termiese isolasie van die 2 mol.% Eu3+ gedopeerde YSZ-laaibaar was beter. Daar word gevind dat die ruimtelike en meetkundige kenmerke van die poras in die laaibaar 'n groot invloed op die termiese geleiwordigheid het [49]. SUN en sy span [50] het 'n vergelykende studie oor die termiese geleiwordigheid en elastiese modulus van termiese barrièrlaagtes met verskillende porasstrukture onderneem. Die resultate wys dat die termiese geleiwordigheid en elastiese modulus van die termiese barrièrlaag met die afname van die porasgrootte afneem, en hoe hoër die porasiteit, hoe lager die termiese geleiwordigheid. 'n Groot aantal studies het getoon dat, in vergelyking met EB-PVD-laag, APS-laag beter termiese isolasie het, omdat die APS-laag hoër porasiteit en laggere termiese geleiwordigheid het [51]. RATZER-SCHEIBE en sy span [52] het die effek van die laaikragtigheid van EB-PVD PYSZ op die termiese geleiwordigheid bestudeer, en die resultate het getoon dat die laaikragtigheid van EB-PVD PYSZ sy termiese geleiwordigheid sterk beïnvloed het, dit wil sê, die laaikragtigheid was ook een van die belangrike faktore wat die termiese isoleringsvermoë van die termiese barrièrlaag beïnvloed. Die navorsingsresultate van Gong Kaisheng en sy span [53] wys ook dat binne die diktebereik van werklike laai-toepassings, die termiese isoleringsvermoë van die laai proporsioneel is aan sy dikte en omgewings temperatuurverskil. Hoewel die termiese isoleringsvermoë van die termiese barrièrlaag met die toename van dikte versterk sal word, wanneer die laaidikte voortgaan om tot 'n sekere waarde te verhoog, is dit maklik om spanningkonsentrasie in die laai te veroorsaak, wat vroegtydige mislukking tot gevolg het. Dus, om die termiese isoleringsvermoë van die laai te versterk en sy dienstyd te verleng, moet die laaidikte redelik gereguleer word.

Oksidasieresistensie

Onder die voorwaarde van hoë temperatuur oksidasie word 'n laag TGO maklik gevorm in die termiese barrièrekoue. Die invloed van TGO op die termiese barrièrekoue [54] het twee kante: Aan die een kant kan die gevormde TGO voorkom dat suurstof voortgaande na binne diffuseer en vermindering van die buiteinvloed op die oksidasie van die legeringsmatriks. Aan die ander kant, met die voortdurende verdikking van TGO, weens sy hoë elastiese modulus en die groot verskil tussen sy koëffisiënt van termiese uitbreiding en die lijmpaarlaag, is dit ook relatief maklik om groot spanning te produseer tydens die koëlsproses, wat sal lei tot die vinnige afval van die koue. Dus, om die lewe van die termiese barrièrekoue te verleng, is dit dringend nodig om die oksidasieresistensie van die koue te verbeter.

XIE en mnr. [55] het die vorming en groei gedrag van TGO bestudeer, wat hoofsaaklik in twee fases verdeel is: Eerstens, 'n digte α - 'n Al2O3 film is gevorm op die bindingslaag, en daarna is 'n porse mixed oxide gevorm tussen die keramiekslaag en α -Al2O3. Die resultate toon dat die hoofstof wat krale in die thermiese barrièrskeding veroorsaak, die porse mixed oxide in TGO is, nie α -Al2O3. LIU et al. [56] het 'n verbeterde metode voorgestel om die groeitempo van TGO deur numeriese analise van spanningsevolusie in twee fases te simuleer, ten einde die lewe van termiese barrièrbeskrywing akkuraat te voorspel. Dus kan die dikte van TGO doeltreffend beheer word deur die groei van porheuse skadelike gemengde okside te beheer, ten einde vroegtydige mislukking van termiese barrièrbeskrywing te vermy. Die resultate toon dat die groei van TGO vertraag kan word deur die gebruik van dubbel-sieramik termiese barrièrbeskrywing, afsetting van 'n beskermende laag op die oppervlak van die bekleding en deur die digtheid van die bekledingsoppervlak te verbeter, en die oksidasieresistensie van die bekleding kan tot 'n sekere mate verbeter word. AN et al. [57] het APS-tegnologie gebruik om twee tipes termiese barrièrbeskrywing voor te berei: Die vorming en groei gedrag van TGO is deur isotermiese oksidasietoetse by 1 100 bestudeer. ℃ . Die eerste is YAG/YSZ dubbel keramiese barrièrelaag (DCL TBC) en die tweede is YSZ enkels keramiese barrièrelaag (SCL TBC). Navorsingsresultate wys dat die vorming en groeiproces van TGO die wetmatighede van termodinamika volg, soos in Figuur 5 getoon word: Volgens formule (1) ~ (8), word Al2O3 eerstens gevorm, en daarna vorm Y-ion oksidasie 'n buitegewone dun laag Y2O3 op die oppervlak van Al2O3 TGO, en die twee reageer met mekaar om Y3Al5O12 te vorm. Wanneer Al-ion tot 'n sekere waarde verminder word, word ander metaalelemente in die bindinglaag voor en na oksideer om gemengde okside (Cr2O3, CoO, NiO en spinelokside ens.) te vorm, eers Cr2O3, CoO, NiO, en dan reageer hulle met (Ni, Co) O en Al2O3 om (Ni, Co) Al2O4 te vorm. (Ni, Co) O reageer met Cr2O3 om (Ni, Co) Al2O4 te vorm. In vergelyking met SCL TBC, is die vorming en groei tempo van TGO in DCL TBC stadiger, dus het dit beter hoëtemperatuuroksidasiemieswatende eienskappe. Xu Shiming en sy span [58] het gebruik gemaak van magneetronspuiting om 'n film op die oppervlak van die 7YSZ-laag af te deponeer. Nadat warmtebehandeling gevolg het, α -Al2O3 laag is deur 'n in-situ reaksie gegenereer. Die studie het getoon dat die α -Al2O3 laag wat op die oppervlak van die bedekking gevorm is, die oxidasiemededinging van die bedekking kan verbeter deur stikstofion-diffusie te voorkom. FENG en mnr. [59] het getoon dat laserherversmelting van die APS YSZ bedekkingsoppervlak die oxidasiemededinging van die bedekking kan verbeter, hoofsaaklik omdat laserherversmelting die verdigting van die bedekking kan verbeter, sodoende die groei van TGO uitstel.

Warme-skokweerstand

Wanneer die hoetemperatuurkomponente van swaar gas turbines in diens is in 'n hoë temperatuur omgewing, ly sou hulle dikwels aan termiese skok wat deur vinnige temperatuurveranderinge veroorsaak word. Daarom kan die legeringsdele beskerm word deur die vermoë van die termiese barrièrlaag om termiese skok te weerstaan te verbeter. Die vermoë van die termiese barrièrlaag om termiese skok te weerstaan word gewoonlik getoets deur 'n termiese siklus (termiese skok) toets, eerstens gehou by hoë temperatuur vir 'n tydperk, en dan verwyder vir lug/water koeling is 'n termiese siklus. Die vermoë van die termiese barrièrlaag om termiese skok te weerstaan word geëvalueer deur die aantal termiese siklusse waaraan die laag onderworpe is wanneer dit faal te vergelyk. Studies het getoon dat die vermoë van gradiëntstruktuur termiese barrièrlaaie beter is, hoofsaaklik omdat die dikte van gradiëntstruktuur termiese barrièrlaaie klein is, wat die termiese spanning in die laag kan uitstel [60]. ZHANG et al. [61] het termiese siklus toetse uitgevoer by 1 000 ℃ op die drie vorme van plek, streep en rooster termiese barrièrelaagdeur laserherstolling van 'n NiCrAlY / 7YSZ termiese barrièrelaag, en het die termiese skokweerstand van gespuit monsters en drie monsters met verskillende vorms na laserbehandeling bestudeer. Die resultate toon dat die puntmonster die beste termiese skokweerstand het en dat die termiese siklelewe tweemaal langer is as dié van die gespuit monster. Alhoewel is die termiese skokweerstand van die gestreepte en roostermone te slegger as dié van die gespuite monsters, soos in Figuur 6 getoon word. Daarnaast het 'n groot aantal studies aangetoon dat sommige nuwe laagmateriaals goeie termiese skokweerstand het, soos SrAl12O19 [62] deur ZHOU et al. voorgestel, LaMgAl11O19 [63] deur LIU et al. voorgestel, en Sm2 (Zr0.7Ce0.3) 2O7 [64] deur HUO et al. voorgestel. Dus, om die termiese skokweerstand van die termiese barrièrelaag te verbeter, behalwe die strukturele ontwerp en optimering van die laag, kan dit moontlik wees om nuwe materiaals met goeie termiese skokweerstand te vind en te ontwikkel.