Rannsóknarframskref og þróunarskeiðir á tungumílnaðræðum og hittivarnaköfum þeirra (2)

Hitabakviðgerð

Rannsóknarbakgrunnur hitabakviðgerða

Þar sem fyrsta gásstöng var árangriðin 1920, hefur gásstöng alltaf leikið aðalhlutverk í veldisfræði og hreyfingarfirði. Auk þess, með þróun ávinnuslysins, er teknilegt nálgunargildi tunglfjár gásstinga stundum aukað og hvernig á aukað að hámarksgildi tunglfjár gásstinga verður stundum nauðsynlegt. Turbínblær eru ein af mikilvægustu hlutum í brinnslakerfi tunglfjár gásstinga. Aukaður innflutningartemperatureturbinanna getur virkjað áhriflega á hámarksgildi tunglfjár gásstinga. Því miður, geta tengd rannsóknarmenn vinnað til aukaðra innflutningastigara. Til að uppfylla aukaða kröfu á starfsmálhiti fyrir framtíðar gásstinga, eru hitabakviðgerðir oft sprotnar á ytra flötum hittuhlutanna.

Árið 1953 var hugmyndin um hitnaþverfæribeygingu fyrst framlögð af NASA-Lewis Rannsóknarstofu í Bandaríkjunum [13], þ.e. að keramikubeygingu er sprútan á yfirborð hluta, sem vinna í háhitnum umhverfi með þverfærisþægindi, til að borga hlutina og láta hitna, lækka bláðytra hiti, minnka bránnotaka flugvélarinnar og lengja notkunartíma blaða. Hitnaþverfæribeyging hefur verið víðt notað í hetjuendapjörsum industrialslágara og flugvélalagra (t.d. hettublár og brennslukambar) vegna frábæra eiginleika hennar eins og lægri framleiðslukostnaði og góðu hitnaborgari, og er kallað raunvísindalegri forráði í framleiðslu tunglslágara.

Kerfi gerðar hitnaþverfæribeygingar

• Með framstöðu og þróun áfræði og tækni verður innflutningartemperaturen gashrýðra hærri og hærri. Til að ná betri varmistillinguþægindi varmbarrierslóða, fokusera flest rannsóknir um heimsins á því að skichestu stefnu varmbarrierslóða, sem er nægilegt að sýna mikilvægðina af stefnu varmbarrierslóða [14]. Eftir ólíka stefnu slóðar er hún deilt í tvílag, marglaga og stigvísustefnu [15].
• Mong þeim er tvílagat hlutheitiþolubirtingsskyrðið, sem bestendur af kerfi lag og tengilagi, sem er einfaldasta og reifastöku heitiþolubirtingsskyrða í öllum skyrðalögum, orðið víðfært notað í heitiþolubirtingstækni. Mong þeim er algengust notuð tvílagskerfi heitiþolubirtingsskyrða sem tekur 6 v.% ~ 8 v.% jútunsværstýrt sitkoní (6-8YSZ) sem ytri kerfilykill, og MCrAlY (M=Ni, Co, Ni+Co o.s.frv.) sambandslega sem metál-tengilagamaterial [16]. Þótt, vegna ósamstemmingar á milli hitavíddarflokks kerfalagsins og metál-tengilagsins, er auðveldt að stresa komi fyrir í skyrðinu og láti skyrðið rjúfa áður en ætlað.
• Það að bæta við færni þermabrokarþækkunar, rannsóknarararinnir gerðu fjörlagað þermabrokarþækkun með hækkaðri stefnu (samsett þækkun), það er, nokkrar lag af ívarmleika og brokarlagum eru bætt við á grundvelli tvílagsaðrar þermabrokarþækkunar, venjulega fimm lag. Í þeim lagum eru brokarlagin sem mest rannsókna Al2O3, NiAl o.s.frv. [17]. FENG og aðrir [18] notuðu APS til að gera YSZ þermabrokarþækkun og LZ/YSZ þermabrokarþækkun (La2Zr2O7 / ZrO2-Y2O3 tvíkerfi keramíslags þermabrokarþækkun), og notaði lasermeltingu til að endurmelta ytraþækkuna, og síðan framkvæmdust háhitiðoxidstest við 1 100℃. Niðurstöðurnar sýna að samanburður við YSZ þermabrokarþækkun, LZ/YSZ tvíkerfið keramíslags þermabrokarþækkun hefur betri oxidstæði. Þó að færni fjörlagaðrar þermabrokarþækkana séu betri en tvílagsaðrar þermabrokarþækkunar, er stefnan og framleiðsla þeirra flóknari, og þeim vantar þermaskokastyrkur, svo að þeir eru takmörkuð í raunverulegu notkun. Því miður kemur gráðusambands þermabrokarþækkun áfram.
• Þversnúðarbyggingin á hitnaermargervi er kennsliga með stuðlaðu breytingu í samskeyti og byggingu þar sem þeir fara fyrir neðan þikkingaraustrið, sem leiðir til óskilgreindrar millilagsins grenja. Samanburður við tvoþakka- og fjölditækabyltingar, hefur þversnúðarbyggingin á hitnaermargervi ekki aðeins mikið afstæðisviðstandi, en sýnir líka stuðlaða breytingu í eiginleikum, svo hún hefur einkenni af hlutverkum við leiftingu hitnaermar og getur verið notuð í harðri háhitnaðarumhverfi. Efnaskilgreiningarfer til rannsakaðra hitnaermargerva var skoðuð af herrinum. Þó að það sé mörg dágert að forðast þá, er þversnúðarbyggingin á hitnaermargervi illa í raunveruleika vegna vandlega forðunarferils, erfitt að stjóra styttri samsetningu og há kostnaðar.
• Samantekt, er tvílagat hitnivísundarbarrið þykkt notað og ferlið er fullorðuð, og það er enn valin formsgrein fyrir hitnivísundarbarri. Keramíkalyrinn og tengilyrinn [20] eru settir á alvalýsamatréxuna með hlutdriftstækni. Undir háhitna rannsóknarum, myndast þunn lag af hitagrunnaroxíði á ytra hlið tengilyrsins eftir rannsókn, eins og sýnt er í mynd 1. Þar hjá, er alvalýsamatréxan, sem er verið að verjast með hitnivísundarbarri, getur leyst úti mekanískar hlutfallsbreytur, og stofnan er mjög oft nikkelbasert háhitna og oxíðverða superalvalýs. Verkmenning tengilyrsins er að bæta við tengingarstuðningnum milli keramíkalyrsins og alvalýsamatrésunnar, þykktin er venjulega 50 ~ 150 µm, og stofnan er venjulega valin MCrAlY (M=Ni/Co/Ni+Co), sem hefur lítinn mun í hitavextarkæfi alvalýsmatrésunnar. Hitagrunnaroxíð (TGO) er mikið háhitna oxíðarsvæðis umhverfis, sem myndast álag af α-Al2O3 þinnskipti milli keramíkalyrsins og tengilyrsins, með þykkt á 1 ~ 10 µm, sem hefur mikilvæg áhrif á barríð. Keramíkalyrrinn hefur verkmenningar af hitaskjólun, rofnaustursviðstandi og slássviðstandi [21], þykktin er venjulega 100 ~ 400 μm, og stofnan er venjulega 6-8YSZ með lágu hitafleifingu og hæra hitavextarkæfi [22].

Efni þermaskjaldaþækkis

Inngangshitið á hræringarblái er nákvæmlega tengt við starfsnægju hans. Aðeins með aukningu inngangshitans á hræringarblái er mögulegt að bæta starfsmæti. En með þróun vísindanna og efnahagsins stígur starfsheitur hluta á varma endanum á tungum hræringaráfur, en hámarkshitinn fyrir niklubásat afrautunarblái er 1150°C, sem getur ekki starfað í hærri heiti. Því er mjög nauðsynlegt að leita og þróa hitaverndslagið efni með mikið virkni. Í raunverulegu ferli eru valdarstöðvar fyrir hitaverndslagið efni strengari vegna ólíkra þjónustuþátta. Kröfuð er oft um læg hitaleiðni og hátt smeltupunkt efnis lagalagsins, sem skulu ekki auðvelda breytingu í rafbundið frá hermetiskri hita upp í þjónustuheitann, og þarf líka hátt hitavíddargildi, mikið viðstand við hituskokk og sinteringu, og viðstand við rotningu [24]. Fyrir bindulagið kröfuð er viðstand við rotningu, viðstand við oksíðeringu, góð bindustyrkur og fleiri eiginleikar [25-26].

Málmur kerfiskvæðislagar

Þungvinnum ástandum þermabryggjuþolva er skorin val á stuðningsmálum. Á tíma þess eru fær málþermabryggjuþolva sem henta fyrir verkfræðileg notkun, aðallega YSZ-mál og sjaldleitt YSZ-mál með dopingu af jarðalífaoksidum.

(1) zirkóníum með stabfangseftirbót yttríums

Á tíma þess, hjá kerameikum efnum kemur ZrO2 fram vegna háðra smeltipunktssins, lágri hitasviðætlunar, hárra stuðullarvirkni við hitavíkningu og góðs bráðabrotastyrkis. En hrein ZrO2 hefur þrjár krystalkynngi: einhlutakyn (m) kyn, teningakyn (c) kyn og firkantakyn (t) kyn, og hrein ZrO2 er auðvelt að breyta krystalkynnum, sem leiðir til rúmmálabreytinga, sem hafa ógagnlegt áhrif á lifandi tíma skýrðanna. Því miður er ZrO2 oft viðbætt með stofnunaraðila eins og Y2O3, CaO, MgO og Sc2O3 til auka á phásuþraust. Milli þeirra hefur 8YSZ bestu eiginleikana. Hann hefur nægilegt harðni (~ 14 GPa), lág dæmisþétt (~ 6.4 Mg·m-3), lág hitasviðætlun (~ 2.3 W·m-1 ·K-1 við 1 000℃), hásmeltipunkt (~ 2 700℃), há stuðullarvirkni við hitavíkningu (1.1×10-5 K-1) og fleiri frábær eiginleika. Því er hann víða notuð sem kerameik lag efni í hitaskjaldaþekkingum.

(2) Sýrajarðhvalstofnun viðbætt YSZ

Þegar YSZ virkar í umhverfi hærra en 1 200 °C í lengra tíma, koma oft fyrir hlutaför og bakstæðing. Á einu hliðum verður ójafnvægur ferhyrningshlutr t' breyttur í blöndu af teningshlötum c og ferhyrningshlötum t, og við kaldaferni verður t' breyttur í eintakshluti m, og hlutaförin gerast samfelldar með breytingu rúmfangs, þannig að skjalningin fallir hratt [27]. Á hinn hliðum minnkar bakstæðing porósaði skjalningarinnar, minnkur hitaverndarsviðskipti og spennutíðræðu skjalningarinnar, og aukar harðni og jafnvægisfastanna, sem ákvarðar mikilvægt framkvæmd og lifandi tíma skjalningarinnar. Því miður getur YSZ ekki verið notuð fyrir næstu riti af tungum gasdýsingarengjom.

Almennt gæti framkvæmda YSZ verið bætt með að breyta eða auka gerðina af stöðugri zirkonia, eins og því að doppa YSZ með sjárgjafa oksíðum [28-30]. Hefur verið fundið að jafnvel stærri muninn í radíus milli Zr jóna og doppaðra jóna, hærri er veiklunni fjalla, sem getur bætt skottavikningu og lægert hitakynningu [31]. CHEN og fjölmennt [32] notuðu APS til að forrita hitnaðarverndarskjalalagi (LGYYSZ) með La2O3, Yb2O3 og Gd2O3 samdoppuð YSZ, og fengu hitvopnaðarstuðul og hitakynningu þessa lagsskipulags með mælingu og reikningi, og keyrðu hitluðuferli próf á 1 400℃. Niðurstöðurnar sýna að LGYYSZ-lagi hefur lægri hitakynningu en YSZ-lagið, lengra hitluðuferlalíf og góðu fazastöðuviðhald við 1 500℃. Li Jia og fjölmennt [33] fortu Gd2O3 og Yb2O3 samdoppuð YSZ pulsur með kjemskri sameiginlegri úrlausnartækni og fortu Gd2O3 og Yb2O3 samdoppuð YSZ-lagi með APS, og rannsóku áhrif ólíkra fjölda doppaðra oksíða á fazastöðuviðhaldið. Niðurstöðurnar sýna að fazastöðuviðhaldi Gd2O3 og Yb2O3 samdoppuð YSZ-lagið er betra en það af almennu 8YSZ-lagi. Fazan m-fasa er minni eftir hitþolustundum við hátt hiti ef doppunarmagnið er láglegt, en staðbundið tetrás-faza kemur upp ef doppunarmagnið er hálegt.

Samanburður við þátradískri YSZ, hefur nýtt breytt YSZ keramíusafni lægri hitasvið, sem gerir að thermálverndarþæppi hafi betri hitaverndargæði, og gefur mikilvæga grunnvöru fyrir rannsóknir á háþræðu thermálverndarþæppi. Þó því er samfelld niðurstöðumaður af þátradískri YSZ góður, og er víða notuð, og getur ekki verið skipt út fyrir neitt breytt YSZ.

Sambandslagningarmaterial

Sambandslagið er mjög mikilvægt í hitnausarþverunarskjól. Í lagi, getur keramíkalyrjan verið nauðsynlega sambönduð við alínamatríksins, og innri þokkurinn sem er valdið af ósamstemmingu hitveikaraþéttarinnar innan þverunarinnar getur verið lækkaður. Í lagi, getur hitnafroskarfasti og oksíðfroskarfasti heilrar þverunarkerfisins verið bættur með því að mynda þétt oksíðufilmaðal hári hiti, svo að lengja lífið á hitnausarþverunarskjólinni. Á undanverandi tíma er stuðningsmatrialsins sem notast við fyrir sambandslagið venjulega MCrAlY alín (M er Ni, Co eða Ni+Co, sem hangir á notkun). Af öllum þeim, er NiCoCrAlY notað í tungumyndum gásstýri vegna góðra almenna eiginleika eins og froskarfasti og oksíðfroskarfasti. Í MCrAlY kerfinu eru Ni og Co notuð sem grunnþáttir. Veggjað við góðu oksíðfroskarfasti Ni og góðu dreififroskarfasti Co eru almennir eiginleikar Ni+Co (svo sem oksíðfroskarfasti og froskarfasti) góðir. Medan Cr er notað til að bæta froskarfasti þverunarinnar, getur Al bætt oksíðfroskarfasti þverunarinnar, og Y getur bætt froskarfasti og hitdreififroskarfasti þverunarinnar.

Virkni MCrAlY kerfis er frábær, en það getur aðeins verið notast fyrir vinna neðst 1 100℃. Til að hækka notkunartöpu, hafa viðkomandi framleiðendur og rannsakarar gerst margt rannsóknarvinna um breytingu á MCrAlY skjal. Til dæmis, bæta við öðrum samsetningselementum eins og W, Ta, Hf og Zr [34] til að bæta virkni tengiskjalsins. YU og fjölmennt [35] sprattu hitnákvæmbarvarskjal sem bestóð af Pt breytt NiCoCrAlY tengiskjali og nánlistriðu 4 vís.% jútún-stabilvitu zirkóníaskjal (4YSZ) á annars flokks nikkelbasiðra superlelega. Hitnákvæmni NiCoCrAlY-4YSZ hitnákvæmbarvarskjalsins í lofti og áhrif Pt á myndun og rústfangseftirgæði TGO var rannsakað við 1 100℃. Niðurstöðurnar sýna að með sameiginlegu NiCoCrAlY-4YSZ, er breyting NiCoCrAlY með Pt nýttileg fyrir myndun á α-Al2O3 og lækka vöxtunarrást TGO, svo að lengja lif NiCoCrAlY hitnákvæmbarvarskjalsins. GHADAMI og fjölmennt [36] gátu NiCoCrAlY nánlistarskjal með háhraða flugspray með nanoCEO2. NiCoCrAlY nánlistarskjalin með 0.5, 1 og 2 vís.% nanoCEO2 voru samanburðar með venjulegum NiCoCrAlY skjalinum. Niðurstöðurnar sýna að NiCoCrAlY-1 vís.% nano-CEO2 samsett skjal hefur betri rústfangseftirgæði, hærri harðni og lægra pórósþétti en aðrar venjulegar NiCoCrAlY skjál og NiCoCrAlY nánlistarsamsett skjál.

Á tíma þessa, auk þess að MCrAlY-kerfið geti verið notuð fyrir bandalagið, er NiAl líka mikilvæg stofa fyrir bandalagaefni. NiAl bestendur hluti af β-NiAl, sem myndar samfelld og þétt rústslíð á ytra hólfliðinu við hitanornir yfir 1 200℃ og er kallað mikið af sérhverjum sem mest virkjan valkostara efni fyrir nýju aldur af metalaðlunarskiptingum. Samanburðurinn við MCrAlY og traðar β-NiAl-hólf, hafa PT-breyttir β-NiAl-hólf betri rústfastni og rotningsfastni. Þó því, myndast rústslíð við hára hitana með svipað fastkingi, sem mun mjög flækja lífeyrisskiptingarinnar. Því miður, til að bæta eiginleikum NiAl, gerðu rannsakendur doppingarbreytingarannálgri á NiAl. Yang Yingfei og fjölskyldan [37] gengu út frá NiCrAlY-hólf, NiAl-hólf, PT-breytt NiAl-hólf og Pt+Hf sameiginlega doppað NiAl-hólf, og samanburðu rústfastuna þeirra við 1 100℃. Niðurstöðurnar sýna að bestu rústfastina var Pt+Hf sameiginlega doppað NiAl-hólf. Qiu Lin [38] gaf NiAl blokkaldeyti með mismunandi Al innihald og β-NiAl blokkaldeyti með mismunandi Hf/Zr innihald með vafrarhitameltun og rannsakaði áhrif Al, Hf og Zr á rústfastu NiAl-aldeytings. Niðurstöðurnar sýndu að rústfastin aukaðist með aukningu í Al-innihaldi, og aukning Hf/Zr í β-NiAl aldeytingi var nytilegt til að bæta rústfastni, með bestu doppingarmagni á 0.1 at.% og 0.3 at.%, hvort sem er. LI og fjölskyldan [39] gaf nýtt sjaldsælt jörðbreytt β- (Ni, Pt) Al-hólf á Mo-fjölbreytt Ni2Al-grunnþunguflokku með lögbindingu og lágverkjavitið alumineringartækni, og samanburði sjaldsælt jörðbreytt β- (Ni, Pt) Al-hólf við traða β- (Ni, Pt) Al-hólf. Jafnhitið rústfall Pt) Al-hólf við 1 100℃. Niðurstöðurnar sýna að sjaldsælt jörðefni getur bætt rústfastni hólfins.

Samantekt, MCrAlY og NiAl skjaldeykir hafa sínar eigin vísdóma og hálfæri, því rannsakendur ætlu að halda áfram við breytingarannarsins rannsóknir á grundvelli þessara tveggja skjaldeykmamateriala, leitandi af nýjum metálssambandslagasviðum, svo að vinna温度 líti hærra fyrir hitaverndarskjaldeyki á tungum gásrætur.