Πρόοδος της έρευνας και της εξέλιξης των μεγάλων αεριθμίων καυστήρων και των θερμοπροστατικών καλύψεών τους (3)

2.1 Παρασκευή θερμού φραγμικού καλύψης

Μέχρι έναν ορισμένο βαθμό, η μικροδομή της θερμοπροστατικής κάλυψης επηρεάζει όχι μόνο τη θερμοαπομακρύνσεις, την αντοχή στην οξείδωση και άλλες ιδιότητες της κάλυψης, αλλά και καθορίζει τη ζωή της κάλυψης. Η μικροδομή της θερμοπροστατικής κάλυψης εξαρτάται όχι μόνο από το υλικό που χρησιμοποιείται, αλλά και από τη διαδικασία παρασκευής. Έτσι, είναι επίσης σημαντικό να επιλεγεί η κατάλληλη διαδικασία παρασκευής σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις παρασκευής. Υπάρχουν πολλοί τρόποι παρασκευής θερμοπροστατικών καλύψεων, αλλά κατανέμονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: ο ένας είναι η θερμή εκβολή, και ο άλλος είναι η φυσική ατμοπαραγωγή (PVD). Μεταξύ αυτών, η θερμή εκβολή περιλαμβάνει κυρίως την υπερηχοτική εκβολή, την πλάσμα-εκβολή, την έκρηξη-εκβολή και άλλες. Η κάλυψη που παρασκευάζεται με θερμή εκβολή είναι φύλλων μορφής. Η φυσική ατμοπαραγωγή είναι κυρίως η ηλεκτροβολική φυσική ατμοπαραγωγή (EB-PVD), και η παραγόμενη κάλυψη είναι στηλιδωτή. Το κεραμικό επίπεδο της θερμοπροστατικής κάλυψης χρησιμοποιεί συχνά μεθόδους όπως η ηλεκτροβολική φυσική ατμοπαραγωγή, η πλάσμα-εκβολή σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και άλλες. Το μεταλλικό δεσμούχο επίπεδο κυρίως χρησιμοποιεί τεχνολογίες θερμής εκβολής όπως η πλάσμα-εκβολή σε ατμοσφαιρικές συνθήκες (APS), η πλάσμα-εκβολή σε χαμηλή πίεση (LPPS) και η υπερηχοτική φλόγα εκβολής (HVOF) [40]. Εώς σήμερα, η APS και η EB-PVD είναι οι κύριες μεθόδοι για την παρασκευή θερμοπροστατικών καλύψεων σε αεροστρόβιλους.

2.1.1 Ατμοσφαιρικό ράντεβα με πλάσμα

Το APS είναι μια μορφή άμεσου ρεύματος βάλου που παράγεται από το φουσκωτήριο για να μετατρέψει το Ar, He, N2 και άλλα αέρια σε πλάσματα ροές, ώστε η κεραμική και η μεταλλική κόνια που μεταφέρονται από το φέρεινο αέριο να θερμανθούν γρήγορα και να διαλυθούν σε διαβεβαίωτα ή μισοδιαβεβαίωτα σωματίδια. Τεχνολογία για τη δημιουργία επικάλυψης στην επιφάνεια του υποκειμένου υποβάθρου από την κατάτομη επίδραση με μεγάλη κινητική ενέργεια (80 ~ 300 m/s) υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου [42]. Η θερμική φραγμοεπικάλυψη που παρασκευάζεται με την τεχνολογία APS αποτελείται από αρκετά σωματίδια που είναι στοχαστικά στοιβαγμένα, και το υποβάθρο συνδέεται κυρίως μεχανικά με τη λαμελλοειδή μικροδομή, η οποία περιέχει πολλά συγκρούσεις παράλληλα με το μεταλλικό υποβάθρο, όπως τα ξερά και τα μικροσχισμούς (ως εμφανίζεται στο Σχήμα 2). Οι αιτίες της δημιουργίας είναι οι εξής: υπό υψηλές θερμοκρασίες, το κεραμικό ή το μέταλλο θα διαλυθεί για να σχηματίσει διαβεβαίωτα σωματίδια, και θα περιέχει μερικά περιβαλλοντικά αέρια, αλλά η ταχύτητα ψύξης της επικάλυψης είναι πολύ μεγάλη, η οποία θα κάνει το αέριο που διαλύεται στα διαβεβαίωτα σωματίδια κατά τη διαδικασία κατατόπισης να μην έχει αρκετό χρόνο να καταθέσει εγκαίρως και έπειτα να σχηματίσει ξερά. Επίσης, η ανεπαρκής σύνδεση μεταξύ των διαβεβαίωτων σωματιδίων μπορεί επίσης να οδηγήσει στη δημιουργία ξερών και σχισμών στην επικάλυψη. Επομένως, αν χρησιμοποιηθεί το APS για την παρασκευή θερμικών φραγμοεπικαλύψεων, η πορεία του είναι υψηλή και έχει καλή θερμική απομόνωση, αλλά τα μειονεκτήματά του είναι η ανεπαρκής ανοχή στις καμπύλες και η κακή αντοχή στις θερμικές σοκ [43], και χρησιμοποιείται κυρίως για τμήματα με σχετικά καλό εργασιακό περιβάλλον. Επιπλέον, το APS είναι φθηνό για να παρασκευαστεί, έτσι μπορεί να εφαρμοστεί σε μεγαλύτερα τμήματα.

2.1.2 Απόθεση φυσικού ατμού με ηλεκτρονικό πάχνημα

Το EB-PVD είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί ηλεκτρονικό πάχνημα υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για να θερμάνει το πυλίδι καλύψης σε κενούχο δωμάτιο και να δημιουργήσει ένα ρευστό υγρό στην επιφάνεια του πυλίδια για να ατμιστεί το κεραμικό πυλίδι και να αποθετείται στην επιφάνεια του υποκειμένου σε ατομική κατάσταση, δημιουργώντας μια θερμοπροστασιακή κάλυψη [45], όπως εμφανίζεται στο Σχήμα 3. Η δομή της κάλυψης EB-PVD είναι μια κολονιακή κρυσταλλική δομή κάθετη στην ουσία της συμμίξεως, και η κάλυψη και η ουσία συνδέονται κυρίως με μεταλλευτική. Η επιφάνεια δεν είναι μόνο ήπια, αλλά έχει και καλή πυκνότητα, έτσι έχει υψηλή δύναμη σύνδεσης, ανοχή στρες και ανοχή θερμικού σοκ. Εφαρμόζεται κυρίως σε τμήματα με ακριβό περιβάλλον εργασίας, όπως τα φύλλα του ρότορα αεροστρόβιλου. Ωστόσο, ο κόστος παρασκευής της κάλυψης EB-PVD είναι ακριβός, μπορεί να παρασκευαστεί μόνο λεπτές κάλυψεις, και οι διαστάσεις των τμημάτων έχουν ορισμένες απαιτήσεις, έτσι χρησιμοποιείται σeldon αρχικά στους αεροστρόβιλους.

Οι παραπάνω δύο διεργασίες παρασκευής έχουν γίνει πολύ ωριμές, αλλά συνεχίζουν να έχουν τα δικά τους προβλήματα, όπως εμφανίζεται στον Πίνακα 2. Στα τελευταία χρόνια, σχετικοί ερευνητές βελτιώνουν συνεχώς και δημιουργούν νέες μεθόδους παρασκευής θερμικών φραγμών. Σήμερα, μεταξύ των συνηθισμένων νέων μεθόδων παρασκευής θερμικών φραγμών, η πρωταρχική είναι η τεχνολογία φυσικής ατμοπαραγωγής με πλάσματος ρίχνουσας (PS-PVD), η οποία θεωρείται ως μία από τις πιο επαγγελματικές και αποτελεσματικές μεθόδους παρασκευής θερμικών φραγμών.

2.1.3 Φυσική ατμοπαραγωγή με πλάσματος ρίχνουσας

Η τεχνολογία PS-PVD αναπτύχθηκε με βάση την κατάθλιψη πλάσματος χαμηλής πίεσης. Η δομή του επιδόματος που προετοιμάζεται με αυτή τη μέθοδο είναι με πτερύγια και στήλες, και τα κενά στο επίδομα είναι πολλά και τα χώρηματα μεγάλα, όπως φαίνεται στον Κύκλο 4. Έτσι, η τεχνολογία PS-PVD έχει βελτιώσει το πρόβλημα της ανεπαρκούς θερμικής απομόνωσης του επιδόματος EB-PVD και της φθίνουσας αντοχής στο θερμικό σοκ του επιδόματος APS, και το θερμικό φραγματικό επίδομα που προετοιμάζεται με τεχνολογία PS-PVD έχει υψηλή δύναμη συμπήξεως, καλή θερμική απομόνωση και καλή αντοχή στο θερμικό σοκ, αλλά χαμηλή αντοχή στη διάβρωση και την οξείδωση CMAS. Επ' αυτού του ιδρύματος, οι ZHANG και συνεργάτες [41] πρότειναν μια μέθοδο τροποποίησης του θερμικού φραγματικού επιδόματος PS-PVD 7YSZ με Al2O3. Τα εργαστηριακά αποτελέσματα δείχνουν ότι η αντοχή στην οξείδωση και η αντοχή στη διάβρωση CMAS του θερμικού φραγματικού επιδόματος 7YSZ που προετοιμάζεται με τεχνολογία PS-PVD μπορεί να ενισχυθεί με την τροποποίηση με άλμινο.