Optimización del tratamiento térmico de álabes de turbinas de gas: aplicación de tecnología de difusión térmica y lodos de protección de alta temperatura

Como equipo mecánico de potencia clave moderno, la mejora de la eficiencia de las turbinas de gas es crucial para la utilización de la energía y el desarrollo industrial. Con el fin de mejorar el rendimiento de las turbinas de gas, los investigadores han tomado varias medidas en el diseño y la selección de materiales de las palas de turbina. Al optimizar el diseño de las palas, seleccionar nuevos materiales resistentes a altas temperaturas y recubrir la superficie de las palas con recubrimientos protectores de alta temperatura (como el recubrimiento NiCoCrAlY), la eficiencia de trabajo de las turbinas de gas se puede mejorar significativamente. Estos recubrimientos son los preferidos por los científicos de materiales porque son fáciles de implementar, simples en principio y efectivos.

Sin embargo, las palas de turbinas de gas que funcionan durante mucho tiempo en entornos de alta temperatura se enfrentan al problema de la interdifusión de elementos entre el revestimiento y el sustrato, lo que afectará gravemente el rendimiento del revestimiento. Para resolver este problema, la tecnología de tratamiento térmico de la superficie, como la aplicación de revestimientos protectores de alta temperatura y la instalación de capas de barrera de difusión, puede mejorar eficazmente la resistencia a altas temperaturas y la vida útil de las palas, mejorando así la eficiencia operativa y la confiabilidad de toda la turbina de gas.

Ventajas de la tecnología de difusión de calor y la lechada de protección

La tecnología de difusión térmica se ha utilizado en el tratamiento de modificación de superficies a alta temperatura desde 1988. Esta tecnología puede formar una fina capa carbonizada en la superficie de materiales que contienen carbono, como acero, aleación de níquel, aleación de diamante y carburo cementado, endureciendo significativamente la superficie del material que se está procesando. Los materiales tratados por difusión térmica tienen mayor dureza y excelente resistencia al desgaste y a la oxidación, lo que puede aumentar en gran medida la vida útil de las matrices de estampación de metal de arroz, herramientas de conformado, herramientas de conformado de rollos, etc., hasta 30 veces.

En la fabricación de motores aeronáuticos, el proceso de tratamiento térmico de las palas de turbina es crucial para mejorar el rendimiento del motor. La lechada de enmascaramiento recientemente introducida por Dalian Yibang está especialmente diseñada para procesos de recubrimiento por difusión a alta temperatura y puede proporcionar una buena protección en entornos extremos que superan los 1000 grados.°C, mejorando significativamente la eficiencia de la producción y la estabilidad del proceso.

Estabilidad a altas temperaturas: el lodo de enmascaramiento funciona bien en procesos de recubrimiento por difusión a altas temperaturas superiores a 1000°C, evitando el riesgo de que los materiales de enmascaramiento tradicionales se ablanden a altas temperaturas y garantizando la fiabilidad del recubrimiento.

No requiere recubrimiento de lámina de níquel: en comparación con los métodos tradicionales, el lodo de enmascaramiento no requiere un recubrimiento de lámina de níquel adicional, lo que simplifica los pasos de operación y ahorra tiempo de mano de obra y costos de material.

Curado rápido: A temperatura ambiente, el barro de enmascarar comienza a curarse en solo 15 minutos y está completamente curado en 1 hora, acortando significativamente el ciclo de producción y haciendo que el proceso de inmersión y cepillado sea más eficiente.

Operación simple y fácil extracción: Los operadores pueden quitar fácilmente el lodo de enmascaramiento solidificado con un cuchillo de plástico duro, lo que reduce la complejidad del proceso y los requisitos de habilidades operativas.

Alta eficiencia de trabajo: el lodo de enmascaramiento adopta la solución de "polvo seco + caja". Una caja puede completar el trabajo de enmascaramiento de aproximadamente 10 piezas, lo que mejora significativamente la eficiencia y la confiabilidad del proceso.

Los escenarios de aplicación de las turbinas de gas de servicio pesado son principalmente el suministro de energía terrestre, la calefacción industrial y residencial, por lo que el propósito final de la turbina se refleja en la potencia de salida del eje, impulsando el generador para generar electricidad y una cierta cantidad de temperatura de escape (para calderas de calor residual aguas abajo y turbinas de vapor). Al diseñar una turbina de gas, es necesario tener en cuenta tanto el ciclo único como el ciclo combinado. Las turbinas de gas se centran más en la eficiencia de generación de energía y el producto terminado o la rentabilidad del producto, y buscan materiales duraderos y confiables, ciclos de mantenimiento largos e intervalos largos. El diseño de motores de aeronaves se centra en la relación empuje-peso. El producto debe diseñarse para que sea lo más liviano y pequeño posible, y el empuje generado debe ser lo más grande posible. Es un ciclo único, por lo que los materiales utilizados son más "de gama alta". Al mismo tiempo, al diseñar, se pone más énfasis en el ahorro de combustible en condiciones de operación de baja carga. Después de todo, los aviones pasan la mayor parte del tiempo en la estratosfera en lugar de despegar.

De hecho, tanto los motores de aeronaves como las turbinas de gas terrestres son las joyas de la corona de la industria debido a la dificultad de fabricación, el largo ciclo de I+D y la amplia gama de industrias involucradas. Sin embargo, tienen diferentes enfoques y diferentes desafíos debido a los diferentes campos de aplicación. Hay muy pocas empresas o instituciones en el mundo que puedan producir turbinas de gas y motores de aeronaves de servicio pesado, como GE Pratt & Whitney en Estados Unidos, Siemens en Alemania, Rolls-Royce en el Reino Unido, Mitsubishi en Japón, etc., porque implica la intersección de muchas disciplinas, diseño de sistemas, materiales, procesos y fabricación de componentes clave, etc., con grandes inversiones, mucho tiempo y resultados lentos. Las empresas mencionadas anteriormente también han experimentado un largo período de desarrollo para evolucionar y mejorar sus productos hasta el nivel actual, con menores costos, mayor rendimiento y confiabilidad y menores emisiones.