Термобарьерные покрытия, Астана

Лопатки авиационного двигателя с термобарьерным покрытием

Впервые термобарьерное покрытие было применено в середине 1970-х гг. во время испытаний в секции турбины испытательного двигателя. К началу 80-х оно уже применялось на сопловых лопатках газотурбинных двигателей самолетов, а сегодня применяется и на рабочих. В ближайшем будущем нагрузка на термобарьерные покрытия будет только увеличиваться.

Самыми первыми керамическими покрытиями для аэрокосмической отрасли были спеченные эмали, разработанные NASA и Американским бюро стандартов NBS. В течение 1960-х гг. они использовалась в авиационных двигателях.

Впоследствии были разработаны покрытия, наносимые с помощью газопламенного напыления. В качестве теплового барьера использовался оксид алюминия, оксид циркония, стабилизированный оксидом магния и оксидом кальция. Последний являлся наиболее подходящим и широко использовался. Материалом, применяемым для связи этих покрытий, был нихром или молибден, но и он использовался не всегда. Впрочем, оксид алюминия и оксид циркония, стабилизированный оксидом кальция не обладали необходимой долговечностью и были жизнеспособными для усовершенствованных термобарьерных покрытий.

Новая эра ТВС наступила с середины 1970-х гг. NASA разработала двуслойное покрытие, которое наносилось методом APS (air plasma spray, плазменное напыление в воздушной атмосфере). Оно состояло из пористого керамического покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (ZrO2-Y203), поверх нанесенного тем же методом металлического жаростойкого NiCrAIY связующего покрытия. Одним из первых разработчиков ТВС ZrO2-Y203/MСrAIY (в качестве M - Ni и/или Co) был Union Carbide.

Первые покрытия подобного рода на основе двуокиси циркония содержали от 12 до 20 % оксида иттрия, который добавлялся для стабилизации кубической фазы. Впоследствии, было доказано, что наилучших рабочих характеристик можно достичь в случае понижения уровня окиси иттрия до 6 и 8 %.

Исследования доказали, что ZrO2/ (6-8%)Y203 превосходит ZrO2/ (12-20%)Y203 для усовершенствованных газовых турбин, а эти TBC в свою очередь превосходят системы на основе оксида циркония, предложенные ранее.

Предлагаемые покрытия широко используются в современных газотурбинных двигателях с целью понижения температуры металлических поверхностей в секциях турбины и камере сгорания. Они также могут применяться в случае необходимости увеличить КПД по топливу, снизить выброс NOx и рост мощности и тяги.

Характеристики термобарьерных покрытий

• — Страна производитель: Казахстан