Cruinniú taighde agus treibh forbartha ar ghiolscótaí socair agus a gcuirpe barr téarmann (2)

Coatadh barra théarmach

Cúlra taighde ar chuatadh barra téarmacha

Ó chumhdaíodh an ghas turbin chéanna sa bhliain 1920 go dtí seo, d'fhéadfadh an gas turbin bheith i gceannróla sa réimse géareacht agus íoctha. Mar aon leis sin, le cúram na n-tiotánna teicniúla, tá leibhéal na n-ardscileata gas turbin ag éirí súil chun an-tóir, agus conas fheidhmiú eficienéis na n-ardscileata gas turbin, tá sé ag dul chun cinn mar atá sé níos mó ná riamh. Is ceann de na comhponaintí bríomhar is suntasacha san chóras combadta gas turbin mór é clár turbin. Tá sé féin in ann an téamhas isteach a mhéadú chun an eficienéis den gas turbin mór a fheabhsú. Mar sin, is féidir le tiomnaithe taighde éagsúla obair a dhéanamh chun an téamhas isteach a mhéadú. Chun an-mhéid na n-iarrachtaí oibriúcháin don téamhas isteach a fheabhsú ar gas turbin éagsúla, cuatadh barra téarmach atá á spréadbh ar fhiacail na gcuid teoranta.

I 1953, chuir NASA-Lewis Research Institute i gCónaí na Stáit Aontaithe an chéad smaoineamh ar chóras cúram thermic chun chead a thabhairt. Is é sin, glas ceramics a spreagadh ar fhuachtar na n-iomlán atá ag obair i mbealáid teormaigh tríd téicneolaiocht spreádha théarmige, chun comhoibriú agus cosaint théarmach a sholáthar, an téamh faoi scáth na n-earraigh a laghdú, an úsáid dréimire a laghdú agus an spás saor in aisce na n-earraigh a leathnú. Tá córas cúram thermic á úsáid go hiomlán ar na comhponnta chaime den chúigeadh i gcás turbin géaga daonlathacha agus aeroghiní (claidheamh turbin agus comhada dulchraiceadh, atá), mar thoradh ar a n-ainmniú speisialta mar théicneolaíocht bréige don chruthú turbin géar.

Struchtúr córais cúram thermic

• Le cúram agus forbar na n-eolaíochta agus na teicneolaíochta, tá an téamh isteach ar ghiubálaí go háirithe ag éirí níos airde agus níos airde. Chun comhthéacs níos fearr a fhaighte ar chumas an cheim théarmach a chothú, tá cuid mhór de na rannpháirtithe timpeall an domhain ag foilsiont ar struchtúr an cheim théarmach, atá soiléirte a léiriú iadacht na struchtúire an cheim théarmach [14]. De réir an chineál difriúil den chéim, is féidir é a roinnt i dtrí chineál: dátheangach, níos mó ná dhá théangach agus struchtúr grádaithe [15].
• I measc na gceann scríofa, tá an coibhneog tharrthála dhlúitheach a baineann úsáid as stua ceimiciúil agus stua comhaid, mar chomhaid tharrthála níos simplí agus níos soightheach i gcás gach struchtúr coibhneog, á úsáid go hiomlán sa theicneolaíocht coibhneog tharrthála. I measc na gceann scríofa, is é an coibhneog tharrthála struchtúir dhá-shuaire is úsáideach a bhfuil 6 wt.% ~ 8 wt.% yttrium-stabalaithe zirconia (6-8YSZ) mar mhéid ceimiciúil fhréamh seachtra, agus MCrAlY (M=Ni, Co, Ni+Co, atá againn) allaimh mar théarmann metailach struchtúrtha [16]. Ach, de bharr an do-mhéaduithe idir chomhad ceimiciúil agus téarmann metailach, is éasca éacht a chur ar an gcoibhneog agus an coibhneog a chur amach roimh aimsir.
• Chun an tuarastal den chosúlach barra théarmige a fheabhsú, dhéantaí cosúlach barr téarmaigh le struchtúr nán-raon (cosúlacht comhphoistithe) ag na rannaireacha, is é sin go bhfuil cúpla scáthanna insulaide agus scáthanna barraíochta curtha isteach ar bun an dhlíthe dárda struchtúrtha cosúlach barr téarmaigh, gineally cúig scáthanna. Faoina n-áirítear, tá na scáthanna barraíochta is mó atá i ndúnadh maidir leis go háirithe Al2O3, NiAl, agus daoine eile [17]. Chuir FENG agus daoine eile [18] cosúlach barr téarmaigh YSZ agus LZ/YSZ cosúlach barr téarmaigh (La2Zr2O7 / ZrO2-Y2O3 dárda cheimic struchtúrtha cosúlach barr téarmaigh) ar bun trí mheans APS, agus úsáid síneadh laistiarach chun an fáscacht bharraíochta a shíneadh arís, ansin d'fhéach siad ar thástáil oksidéise ard-teampra ar 1 100℃. Taispeánann na hinntiomhnóirí go bhfuil cosúlach barr téarmaigh LZ/YSZ dárda ceimic níos fearr ná cosúlach barr téarmaigh YSZ sa chás seo. Cionn go bhfuil tuarastal nán-raon barr téarmaigh níos fearr ná dárda barr téarmaigh, is níos córasach agus níos dócha a struchtúr agus a phróiseas déanamh, agus is míorainní a chomhluadar téarmaigh, mar sin is luaithe a n-úsáid i bhfeidhmíocht. Mar sin, tá cosúlach barr téarmaigh struchtúr grádaim in éag.
• Caightear fíorú ar an gclúdach barra théarmha struchtúr grádaithe de réir athruithe grádaithe neamhspleách na n-aghaidh agus an struchtúir in ionad fad clúdaigh, a chuirfear i gcás éigin iomlán idirfhéidir. Oibre is fearr ná na struchtúir dhá-shléibhte agus iolrach, tá feabhsú teann ar an gclúdach barra téarmha struchtúr grádaithe ó thaobh dífhosta téarmha, ach taispeánann sé freisin athrú neamhspleách sa pherfóirmas, mar sin tá sé cinnte le cúram téarmha agus féadfadh é a úsáid i mbeart aeráide uasál ard-tearmach. Rinneadh síntíos ar na himreatais spréithe téarmha príomhchleachtacha don chlúdach barra téarmha struchtúr grádaithe ag . Cionn go bhfuil beagnach rudaí difriúla ar fáil chun a chur le chéile, is míshoiléire an clúdach barra téarmha struchtúr grádaithe san obair mar thoradh ar an chumas an-trom a chur le chéile, an chomhrac a thógann comhrónna struchtúr agus an costas airde.
• In éagoire, úsáidtear an coibhse barr den dá chloch leathan go hiomlán agus is mí-riachtanach an phróiseas, agus bíonn sé fós mar chéim ídeacha na gcoibhsí barr dona. Cruthaítear an gcloch ceamais agus an gclad ar an mhaetriúchán alaíocht trí theicneolaíocht spréite teipe. Faoin gcás oiriúnach de oksidéadú ard-teampraí, cruthaítear réad bainne oksaid a bhfuil téama déanta air ar pháirce an clad ceamais tar éis oksidéadú, mar atá súiltear i gCéim 1. I measc sin, tá ról ag an mhaetriúchán alaíocht mar chomhréag inbhfeidhm a chosnaíonn lucht meicniocla idir-luachmhar, agus is é an t-athrú lárnach é an alloy superalloy atá coltach le heagrán ard-teampraí agus oksidéadú. Is é an ról a thabharfaidh an clad ceamais ná cúram a thabhairt do chumhacht ngréitheoireachta idir an gcloch ceamais agus an mhaetriúchán alaíocht, is é sin gur féidir a bheith idir 50 ~ 150µm faoi mhéid, agus is minic a roghnófar MCrAlY (M=Ni/Co/Ni+Co) mar mhéid, a bhfuil difríocht beag idir chomhad eangach téamhrach na n-alaíochta. Tá an oksaid téamhrach (TGO) mar chúlra d'fhillín α-Al2O3 a chruthaítear idir an gcloch ceamais agus an clad ceamais faoi shonraí oksidéadú ard-teampraí, agus is féidir a bheith idir 1 ~ 10 µm faoi mhéid, a bhfuil infhlú ann ar an gcoibhsí. Tá feidhmí ag an gcloch ceamais mar thoradh ar shealbhadh théarmach, corcailtheacht agus comhdhéanamh [21], is é sin nach n-íosann sé ach idir 100 ~ 400 μm faoi mhéid, agus is é an méid príomhach é 6-8YSZ a bhfuil ioncam théarmach íseal acu agus comhad eangach téamhrach ard níos mó [22].

Baincheimeanna cosraithe barra teoraimh

Tá teocht na n-inléidh ar an gclaidheamh turbin chomh díchiallach leis a fheidhmíocht oibre. Is féidir an fheidhmíocht oibre a fheabhsú amháin trí théamh na n-inléidh ar an gclaidheamh turbin a mhéadú. Ach, le linn forbairt na n-eolaíochta agus na n-dúnadóireachta, tá teocht oibre na bhfriothainn láidre i gcás guriméadracha tábhachtach fós ag éirí suas, agus is é an téama chrua de réir an n-ailse nícealaithe ar an gclaidheamh turbin 1150℃, nach féidir leis an obair a dhéanamh ar théamacha níos airde. Mar sin, is ábalta go háirithe éiginteach a fháil agus a forbaru ar mhalairt cosúilte téarmann le feidhmíocht éagsúla. I measc sin, mar thoradh na n-ainmhithe úsáideacha don chosúilte téarmann, tá na codanna roghnaithe don chosúilte téarmann níos míshuighthe i rith an phrácas fíor. Géilltear gurb é ainmhithe céimice a bheidh acu téarmann ímpigh níos íochmhaithiúla agus pointe éadrom níos airde, agus nach mbeidh acu comhréitíocht phhase a dhéanamh sa chóras idir théarmann seang agus téarmann úsáide, agus beidh acu chéim éadrom ard, cothromas téarmann bródúil, troid théarmann bródúil, troid sionnach agus troid corrsáite [24]. Géilltear gurb é ainmhithe an cheantair chumhdaigh a bheidh acu troid corrsáite, troid oksaidis, éadrom cunbhrón agus feidhmíocht eile [25-26].

Materiál scóil cerámach

Tá na codanna seirbhíse tábhachtach den chlochán thearmal ag liimithe ar an rogha de na n-matháil. Faoin lá atá inniu againn, is go leor iad na hathruithe cloiche teirmal a leor don fheidhmíocht práctúil, go háirithe na hiomlán YSZ agus na hiomláin YSZ le haghaidh ráithí eachtra.

(1) fitheamh óxideach yttriún

Faoi láthair, faoi leith eatarthromadóireacht cerámach, bronnann ZrO2 bua as a bhuile amharc ar a chuspóir éadach uasail, a n-éadach tharlainge agus a chumhacht maolú briseadh mhaith. Ach is trí théarmaí cristalacha atá ag ZrO2 ghlán: an fhearthrom m (m) téarma, an téarma chóga (c) agus an téarma ceathrartha (t), agus is éasca do ZrO2 glán dul i n-aonar téarmuighthe, a chuirfidh athrú ionannmhaireachta ina gcás, a bhfuil na héifeacta neamh-mhaith air féin an t-éadach. Mar sin, d'fheidhmítear stabiilríochtaí mar Y2O3, CaO, MgO agus Sc2O3 leis an ZrO2 chun a chomhréiteach téarmuighthe a fheabhsú. Is measa an 8YSZ idir iad, tá sé cinnte cunnradh (~ 14 GPa), éadach íseal (~ 6.4 Mg·m-3), éadach tharlainge íseal (~ 2.3 W·m-1 ·K-1 ag 1 000℃), cuspóir éadach uasal (~ 2 700℃), cumhacht maolú tharlainge ard (1.1×10-5 K-1) agus tuiscintí eile den sórt seo. Mar sin, mar mhateriál réad cerámach, tugtar úsáid air go hiomlán san ábhar barrachta theirmice.

(2) Réadanna daorógacha dúshlánaithe YSZ

Nuair a oibríonn YSZ sna fóinithe thar 1 200 ° C le haghaidh ama fada, tarlúidh deacrachta phríomh is cinntiú ar ghnáth. Ar an gcéad lá, trasformítear an phríomhfhás téagartha t' go méil de phríomhfás c agus t, agus le linn an éiscint, trasformítear t' go m, an phríomhfás monoclínach, agus tarlóidh an deacracht phríomh go leanúnach le hathrú nua-ghnáth, mar sin seolann an coibhneas go tapa [27]. Ar an gcéad lá eile, beagnaimid ar an gcoibhneas, beagnaimid ar na comhluacha i dtosach an choibhneis, beagnaimid ar an n-éadromacht agus an chomhluachadh straitéis an choibhneis, agus ardóidh an dornas agus an chóras éadromach, atá ag tabhairt faoi leith ar fheabhsuithe agus spás an choibhneis. Mar sin nach féidir le YSZ a úsáid don ghné seo chugainn de mhíchumas ghlacaire.

I gcoitinidh, is féidir le hathrú nó le meadú ar chineál an stailéadóir a úsáidfear chun cinneadh YSZ a fheabhsú, mar shampla, béas an modh díospóige YSZ le hiomlán na n-oxaidí rithimh [28-30]. Chun éilimh, cuireadh i gcás go bhfuil difríocht níos mó idir radhais Zr íon agus íonanna atógtha, bíonn comhdhéanachta defect níos airde, a chuireann tacaíocht phonon níos fearr agus laghdú ar cheangal teoraimh [31]. Chum CHEN et al. [32] céim sprioc théarmach (LGYYSZ) a chur i láthair trí APS le húsáid La2O3, Yb2O3 agus Gd2O3 co-díospóigthe YSZ, agus cuireadar méid téarmach agus ceangal theirmiúil na ngéarcheantais téarmacha tríd mheastachán agus rochtain, agus chuir siad tes saor-théarmach i bhfeidhm ag 1 400℃. Taispeánann na hinntiomhnuithe go bhfuil LGYYSZ géarcheantais níos fearr ná YSZ géarcheantais faoi láthair, lena n-áirítear laghdú níos lú ar cheangal théarmach, beart saor-théarmach níos fada agus stabhlacht phháiseard maith ag 1 500℃. D'fhéadfhráigh Li Jia et al. [33] pódar Gd2O3 agus Yb2O3 co-díospóigthe YSZ trí mhodh co-leathnúcháin chóipcheilte agus d'fhéadfhráigh siad céim Gd2O3 agus Yb2O3 co-díospóigthe YSZ trí APS, agus dúirt siad faoi infhuinneacht ionannachta diospóige óga ar shuimphháiseard. Taispeánann na hinntiomhnuithe go bhfuil suimphháiseard Gd2O3 agus Yb2O3 co-díospóigthe YSZ níos fearr ná 8YSZ géarcheantais traidisiúnta. Níl an phháiseard m níos lú tar éis an-téamh tréithe ag dul i bhfeidhm nuair atá an ionannacht diospóige íochtarach, agus tá phháiseard ciúbach stábailte á gcruthú nuair atá an ionannacht diospóige airde.

I gcomhparáid leis an n-YSZ traidisiúnta, tá iontas thearmach níos ísle againn ag an gclár ceimiciúil YSZ nua seo a chuirtear isteach, a chur chun cinn go bhfuil feabhsú níos fearr againn ag an gcóras glasúchán teirmigh, agus a chuireann bunús tábhachtach ar fáil don rannpháirt sa taighde ar ghlasúchán barr teirmigh ard-eolas. Ach tá an nochtas comhracach den YSZ traidisiúnta árda, agus bíonn sé i n-úsáid go hiomlán, agus ní féidir a athruithe ag aon YSZ modhnaithe.

Méidir chrua

Is í an gcaighdeán comhthéadaithe agus tá sé an-mhaith. Tá roinnt níos fearr againn i gcás na gcéadaithe, ach is maith an chéadadh é seo freisin. Ní hé sin a dhéanann an fhadhb seo spriocmhaireacht. Táimid ag obair ar pháipéar agus táimid ag déanamh iarracht cód a chur isteach sa pháipéar sin. Mar sin féin, ní hé sin an rud a thabharfadh dúinn an méid atá deacair a thuiscint faoi mar sin ní hé sin an rud a thabharfadh dúinn an méid atá deacair a thuiscint.

Is íobrach an ngnéas den chóras MCrAlY, ach ní féidir a úsáid ach le hobraíocht faoi 1 100℃. Chun an téarma oibre a fheabhsú, tóg sé go leor taighde ar athrú na gcoibhneis MCrAlY ag na bhfearthaíochtaithe agus taighdeoirí ceannais. Mar shampla, curtadh pholluithe eileanna comhaontais mar W, Ta, Hf agus Zr [34] chun feabhsú ar fheabhsa an choirle. Spréadh YU et al. [35] cobhrán théarmadach a bhain sé amach as choirle NiCoCrAlY áthaithe le Pt agus céim sprioc 4 wt.% iombhraíochta yttriún (4YSZ) struchtúrtha nanoscópach ar shúilníocht níon-bhunúsach de genaracht a dó. D'fhéachtaí ar pháipéar théarmadach NiCoCrAlY-4YSZ i n-aer agus ar mhatamaitic Pt ar fhorbairt agus ar díomáitheacht TGO i 1 100℃. Taispeánann na hinntiomhnóirí go bhfuil an méid atá áthaithe le Pt ar NiCoCrAlY níos bheag ná Nicocraly-4YSZ chun forbairt α-Al2O3 agus cúlú ratae forbairt TGO a laghdú, mar sin éadromacht an cobhrán théarmadach a leathnú. Ghoid GHADAMI et al. [36] coibhneis nanoscópach NiCoCrAlY trí spréadh flaimh soithiche le nanoCEO2. Chomparódh na coibhneis nanoscópacha NiCoCrAlY le 0.5, 1 agus 2 wt.% nanoCEO2 le coibhneis NiCoCrAlY raidite. Taispeánann na hinntiomhnóirí go bhfuil NICocRALy-1 wt.% coibhsíní nanoscópacha nano-CEO2 níos fearr ná na coibhneis NiCoCrAlY raidite agus na coibhneis nanoscópacha NiCoCrAlY saor ó thaobh díomáitheachta, cás níos airde agus porosité níos lú.

Faoi láthair, i gcás go bhfuil an scagaire MCrAlY in ann a chur ar an gcladach nasc, is é NiAl freisin maitheal naisc. Tá NiAl déanta go príomha as β-NiAl, a fhormaíonn film dhasóg faoi láthair snaothaithe ag teamplár níos airde ná 1 200℃, agus aithear é mar an t-ábhar is féidir leis dul chun cinn mar phrionsabal don ghné naisc meitseolaíochta nua. Mar eileán ar MCrAlY agus ar na cladacha traidisiúnta β-NiAl, tá cladacha β-NiAl PT-módaithe níos fearr acu i gcoinne diograis oksaid agus diograis. Ach tá an film dhasóg atá in ann a fhoirmiú ag teamplár ard níos lú ná sin i gcóras cumhachtúcháin, a chuirfidh cúl roimh shaoire an cladach go mór. Mar sin, chun feabhsuithe NiAl a fheabhsú, rinne tiomnaithe taighde ar mhodhnú NiAl. D'fhógair Yang Yingfei et al. [37] cladach NiCrAlY, cladach NiAl, cladach NiAl PT-módaithe agus cladach NiAl co-dhathaithe Pt+Hf, agus chomhparáidh an diograis oksaid seo ceithre cladach ag 1 100℃. Taispeánann na hinntiomantais go bhfuil an diograis oksaid is fearr san cladach NiAl co-dhathaithe Pt+Hf. Chuireadh Qiu Lin [38] allai NiAl le h-inniú difriúil Al agus allai β-NiAl difriúil Hf/Zr le chéile trí rionnachas fhuar, agus d'fhéadfadh siad an méid nach ndéanfadh Al, Hf agus Zr diograis oksaid ar allai NiAl a staidéar. Taispeánadh gur cuireadh barr diograis oksaid ar allai NiAl le lú a thabhairt do chuid inniúcháin Al, agus go bhfuil inniú Hf/Zr sa chás β-NiAl níos fearr chun an diograis oksaid a fheabhsú, agus is iad na comhluchtáin dathaithe is fearr 0.1% at. agus 0.3% at., arís. D'fhógair LI et al. [39] cladach nua β-(Ni, Pt) Al modhnaithe reachta trí theicniolóige iondúcháin íosta agus aluminíocht neamhshocraithe íseal ar superallai Ni2Al-bháiseach Mo-lán, agus chomhparáidh an cladach β-(Ni, Pt) Al modhnaithe reachta leis an cladach traidisiúnta β-(Ni, Pt) Al. Taispeánann an obair idirtheamplaide oksaid ag 1 100℃ go bhfaighidh na hiomlán reachta an diograis oksaid den cladach a fheabhsú.

In éagóir, tá príobháidí agus briste le fada ag cobhair MCrAlY agus NiAl, mar sin ba chóir do scoláirí fanacht ag obair ar chur i gcás ar an mbun seo den dá chineál cobhar, ag seachadadh ar chur i láthair nua don chineál meitil a lán-bhrúchán, ionas go mbeidh an téamperatúr seirbhís don chobhar codladh theirmige ina n-éilimh níos airde.