可磨损的涂料增加燃气轮机发动机效率

背景

喷射发动机叶片能够安全地摩擦可磨损的护罩衬片的操作温度已显着增加350至1200℃。这是通过执行磨损机制研究和与主要发动机制造商密切合作实现的。

燃气轮机发动机效率提高的方法

在过去二十年中，空中交通量有了相当大的增长，而燃料消耗总量几乎保持不变。喷气发动机制造商通过提高发动机效率和发电能力为这一目标做出了巨大贡献。这是通过提高操作温度、采用高效的空气动力学设计和使用轻质材料来实现的。欧洲杯足球竞彩由于这些都是成熟的技术，进一步提高效率的最后手段之一就是减小叶尖与机匣之间的间隙距离。这种效率的提高可以为航空公司节省大量的运营成本。可研磨涂层的实施也增加了喘振裕度，从而增加了发动机流动条件的稳定性和主动安全性。

用磨损用途

可磨损材料并不仅限于航空发动机。它们可以用于大多数旋转机械，如固定燃气轮机，涡轮压缩机，径向压缩机，涡轮增压器和泵。Sulzer Innotec和Sulzer Metco与大多数主要的喷气发动机制造商密切合作，在可研磨涂层的开发方面处于世界领先地位，以应对整个喷气发动机的运行条件(图1)。

磨损的发展

磨损性的发展需要许多测试，从粉末制造到选择最佳的热喷涂过程，以便模拟实验室测试，最后，现场试验。这将导致发动机制造商认证磨损。目标是生产一种不会引起刀片磨损的密封，这保持了光滑的护罩表面，并且保持了成千上万的运行时间。

磨损的功能

叶片尖端到壳体间隙的减小可导致叶片摩擦护罩。然而，通过用研磨物涂覆护罩，可以容忍这种相互作用。当由高速叶片加工时，热喷涂的涂层设计用于释放细磨损碎片，同时不会导致叶片磨损（图2）。

在所有可能的切割条件下，可磨损的涂层必须保持较少的凹槽，破裂或导致刀片的磨损。良好的可磨损可容纳通过改变摩擦条件，即刀片材料，温度，叶片尖端速度和入侵速率而产生的不同磨损机制。

如何磨损涂料工作？

当滑动在可磨损的表面上时，刀片尖端撞击从涂层表面突出的涂层颗粒。欧洲杯猜球平台冲击力将单个颗粒驱动到涂层中。储存的弹性能量导致颗粒反弹和去粘合。由于新创建的自由表面，磨损碎片具有更大的体积。释放的粒子（磨损碎片）现在必须有机会逃脱。这需要薄片尖端横截面或粗糙，砂纸状表面上的叶片尖端。叶片尖端和涂层之间的粒子夹紧导致剪切力和涂层的局部塑性变形或破裂。研磨过程所需的能量由刀片尖端供应。打破个体突出的颗粒必须足够，从而产生新表面。欧洲杯猜球平台颗粒键越大，刀片尖端必须供电的能量越多，以便释放颗粒。欧洲杯猜球平台 If the forces are too high the blade tip heats up and begins to wear, sometimes by abrasion but predominantly by melting.

在一种特殊的摩擦计上进行的实验室试验使研究刀尖切入可磨料时的磨损机制成为可能。将这些信息转换为一个模型，该模型不仅考虑了工作条件，而且考虑了涂层的结构、叶片材料和叶尖设计。通过应用这种模型，已经开发出能够在表面温度高达1200°C下工作的涂层。基体材料范围从低温的A欧洲杯足球竞彩l-Si，中温的MCrAlY到高温涡轮段的钇稳定氧化锆，表1。

表格1。各种涂料的相关性能。

加强耐磨性

为了提高磨削性，必须减少粒子脱离的能量。因此，该模型要求小基质颗粒，聚合物产生孔隙率和固体润滑剂或脱模剂，以充当涂层内的脱剂。欧洲杯猜球平台在热喷射沉积期间，聚合物相降低涂层应力，从而允许厚涂层沉积。当在随后的热处理中烧坏时，涂层的可磨削性进一步改善，（图3）。

图3示出了侧视图，具有通过可磨损表面的叶片。表欧洲杯猜球平台面上的颗粒受影响如下：

•颗粒由刀片击中并通过动量转移，向下加速到涂层中。

•粒子II较早受到冲击，仍向下运动，使邻近的粒子和自身产生弹性变形。欧洲杯猜球平台

•粒子III已经将其在撞击期间吸收的所有能量转化为弹性能量。

•由于储存的弹性能量和撕裂本身没有周围颗粒，颗粒IV被加速除涂层中。欧洲杯猜球平台

•由于薄叶片尖端，粒子V能够离开可磨损的涂层的表面。

•粒子VI已自由打破并通过发动机传递。磨损碎片的小尺寸不会对以下刀片和叶片造成抵押品损坏。

陶瓷磨损

对于超过900°C的操作温度，只有陶瓷基磨料是合适的。为了切割以陶瓷为基础的可磨料，刀片尖端必须用附着良好的磨料颗粒加强。采用激光重熔的方法同时注入硬颗粒，获得了很好的效果。欧洲杯猜球平台在陶瓷基磨料中，没有必要使用脱模剂，因为陶瓷是以脆性的方式磨损。陶瓷可磨料模型(图3)是基于叶尖和叶冠表面之间的相互作用必然导致涂层磨损碎片的脆性释放的思想。碎片应该带走尽可能多的相互作用的能量。必须避免叶片在密封上持续滑动。接触必须导致碎片的形成，并使防护罩不再与尖端接触。如果不遵守这条规则，并且允许发生任何一个部件的塑性变形，或者产生非常光滑的表面，导致尖端在护罩上的长时间滑动接触。其结果是熔化磨损将成为主要的磨损机制。 The rub experienced by the tip is continuous, as opposed to the intermittent rub for the shroud. The tip has less time and mass available for cooling. Thus, if melting wear is the dominant mechanism, substantial blade wear caused by melting will take place.

磨损高速

进一步的观察是，高于约100m / s的碎片释放到叶片的后部。在传统加工中看到的芯片形成不会发生。叶片在很大程度上与护罩表面平行，但由于侵入垂直速度分量也存在。这导致护罩表面粗糙和叶片尖端之间的碰撞。发生从刀片到表面突起的动量转移。颗粒被迫远离尖端进入涂层。然后存储的弹性能量将颗粒向上推向自由表面。在叶片尖端通过之后，并且如果颗粒键合比向外力较弱，则颗粒将不与其带来大部分冲击能量的表面。这是一种有效的穿着手段。

尖端宽度的影响

当涂层骨折进入表面区中的单个组分时，产生的磨损碎片将具有比其原始形式更大的体积。密封系统必须适应该体积增加。因此，叶片尖端必须非常薄，以允许碎屑逸出到后部。如果不是这种情况，则碎片将被捕获在护罩和尖端之间。高接触压力可能导致护罩破裂，而滑动触点会导致叶片尖端的过热。这可以引起熔化引起的尖端磨损。经验表明，当尖端宽度为0.7mm时，叶片磨损和护罩破裂的可能性强烈增加

所有这些方面都有助于构建模型，这些车型帮助材料工程师开发以有效方式起作用的可磨损涂层。欧洲杯足球竞彩发生叶片涂层相互作用的效率有助于从机器中汲取功率效率的宝贵额外百分比。

涂层应用技术

磨损器通过火焰，高速氧燃料（HVOF）和大气等离子体喷涂（AP）施加。火焰喷涂能够产生非常多孔的涂层，但这种孔隙率的再现性强烈取决于工艺参数。在切割期间，太高的孔隙率可以易于压实。HVOF和APS涂层被相对密集地喷洒，因此需要牺牲阶段，可以被烧坏以产生孔隙率。APS和HVOF通常是优选的，因为它们可控的喷涂参数确保可重复的质量。

初级作者：Farshad Ghasripoor博士，Richard Schmid和Mitchell Dorfman

资料来源：材料世欧洲杯足球竞彩界Vol，5号。6，PP。1997年6月328-30。

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