Optimierung der Wärmebehandlung von Gasturbinenschaufeln: Anwendung der Wärmediffusionstechnologie und des Hochtemperatur-Schutzschlamms Deutschland

Als modernes mechanisches Schlüsselgerät ist die Verbesserung der Effizienz von Gasturbinen für die Energienutzung und die industrielle Entwicklung von entscheidender Bedeutung. Um die Leistung von Gasturbinen zu verbessern, haben Forscher verschiedene Maßnahmen bei der Konstruktion und Materialauswahl von Turbinenschaufeln ergriffen. Durch Optimierung des Schaufeldesigns, Auswahl neuer hochtemperaturbeständiger Materialien und Beschichtung der Schaufeloberfläche mit Hochtemperatur-Schutzbeschichtungen (wie NiCoCrAlY-Beschichtung) kann die Arbeitseffizienz von Gasturbinen deutlich verbessert werden. Diese Beschichtungen werden von Materialwissenschaftlern bevorzugt, weil sie leicht umzusetzen, im Prinzip einfach und effektiv sind.

Bei Gasturbinenschaufeln, die über einen langen Zeitraum in Hochtemperaturumgebungen betrieben werden, besteht jedoch das Problem der Interdiffusion von Elementen zwischen der Beschichtung und dem Substrat, was die Beschichtungsleistung erheblich beeinträchtigt. Um dieses Problem zu lösen, kann eine Oberflächenwärmebehandlungstechnologie, wie das Aufbringen von Hochtemperaturschutzbeschichtungen und das Einrichten von Diffusionsbarriereschichten, die Hochtemperaturbeständigkeit und Lebensdauer der Schaufeln wirksam verbessern und so die Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit der gesamten Gasturbine verbessern.

Vorteile der Wärmediffusionstechnologie und des Abschirmschlamms

Die Thermodiffusionstechnologie wird seit 1988 bei der Hochtemperatur-Oberflächenmodifizierung eingesetzt. Diese Technologie kann eine dünne karbonisierte Schicht auf der Oberfläche kohlenstoffhaltiger Materialien wie Stahl, Nickellegierungen, Diamantlegierungen und Hartmetall bilden, wodurch die Oberfläche des zu verarbeitenden Materials deutlich gehärtet wird. Durch Thermodiffusion behandelte Materialien weisen eine höhere Härte sowie eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit auf, was die Lebensdauer von Stanzformen, Formwerkzeugen, Rollformwerkzeugen usw. aus Reismetall um das bis zu 30-fache erhöhen kann.

Bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerken ist die Wärmebehandlung von Turbinenschaufeln entscheidend für die Verbesserung der Triebwerksleistung. Die neu eingeführte Maskierungsschlämme von Dalian Yibang ist speziell für Hochtemperatur-Diffusionsbeschichtungsprozesse konzipiert und bietet guten Schutz in extremen Umgebungen mit über 1000 °C.°C, wodurch die Produktionseffizienz und Prozessstabilität deutlich verbessert werden.

Hohe Temperaturbeständigkeit: Maskierschlamm eignet sich gut für Hochtemperatur-Diffusionsbeschichtungen mit über 1000°Dadurch wird das Risiko vermieden, dass herkömmliche Maskierungsmaterialien bei hohen Temperaturen erweichen, und die Zuverlässigkeit der Beschichtung wird gewährleistet.

Keine Beschichtung mit Nickelfolie erforderlich: Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erfordert der Maskierungsschlamm keine zusätzliche Beschichtung mit Nickelfolie, was die Arbeitsschritte vereinfacht und Arbeitszeit sowie Materialkosten spart.

Schnelle Aushärtung: Bei Raumtemperatur beginnt der Maskierungsschlamm bereits nach 15 Minuten auszuhärten und ist innerhalb von 1 Stunde vollständig ausgehärtet. Dadurch wird der Produktionszyklus erheblich verkürzt und der Tauch- und Bürstenprozess effizienter.

Einfache Bedienung und leichtes Entfernen: Bediener können den verfestigten Maskierungsschlamm problemlos mit einem Messer aus Hartplastik entfernen, was die Komplexität des Vorgangs und die Anforderungen an die Bedienerkenntnisse reduziert.

Hohe Arbeitseffizienz: Der Maskierungsschlamm verwendet die Lösung „Trockenpulver + Box“. Eine Box kann die Maskierungsarbeiten von etwa 10 Teilen erledigen, was die Effizienz und Zuverlässigkeit des Prozesses erheblich verbessert.

Die Anwendungsszenarien für Hochleistungsgasturbinen sind hauptsächlich die Bodenstromversorgung sowie die Beheizung von Industrie und Wohngebäuden. Der endgültige Zweck der Turbine spiegelt sich daher in der Ausgangsleistung der Welle wider, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt, und in einer bestimmten Abgastemperatur (für nachgeschaltete Abwärmekessel und Dampfturbinen). Bei der Konstruktion einer Gasturbine müssen sowohl Einzelzyklus- als auch kombinierte Zyklusbetrieb berücksichtigt werden. Bei Gasturbinen liegt der Schwerpunkt mehr auf der Stromerzeugungseffizienz und dem Endprodukt bzw. der Kosteneffizienz des Produkts und es werden langlebige und zuverlässige Materialien, lange Wartungszyklen und lange Intervalle angestrebt. Bei der Konstruktion von Flugzeugtriebwerken liegt der Schwerpunkt auf dem Schub-Gewichts-Verhältnis. Das Produkt sollte so leicht und klein wie möglich konstruiert werden und der erzeugte Schub sollte so groß wie möglich sein. Es handelt sich um einen Einzelzyklus, daher sind die verwendeten Materialien eher „High-End“. Gleichzeitig wird bei der Konstruktion mehr Wert auf den Kraftstoffverbrauch bei Betrieb mit geringer Last gelegt. Schließlich verbringen Flugzeuge die meiste Zeit in der Stratosphäre, anstatt abzuheben.

Tatsächlich sind sowohl Flugzeugtriebwerke als auch erdgebundene Gasturbinen aufgrund der schwierigen Herstellung, der langen F&E-Zyklen und der Vielzahl beteiligter Branchen die Kronjuwelen der Industrie. Aufgrund der unterschiedlichen Anwendungsfelder haben sie jedoch unterschiedliche Schwerpunkte und stehen vor unterschiedliche Herausforderungen. Es gibt weltweit nur sehr wenige Unternehmen oder Institutionen, die Hochleistungs-Gasturbinen und Flugzeugtriebwerke herstellen können, wie etwa GE Pratt & Whitney in den USA, Siemens in Deutschland, Rolls-Royce im Vereinigten Königreich oder Mitsubishi in Japan usw., weil hierfür viele Disziplinen, Systemdesign, Materialien, Prozesse und die Herstellung wichtiger Komponenten usw. erforderlich sind und große Investitionen, viel Zeit und langsame Ergebnisse erzielt werden. Die oben genannten Unternehmen haben außerdem eine lange Entwicklungsphase durchlaufen, um ihre Produkte weiterzuentwickeln und zu verbessern und das aktuelle Niveau zu erreichen, das geringere Kosten, höhere Leistung und Zuverlässigkeit sowie geringere Emissionen bietet.