Revestimiento de barrera térmica: protección del núcleo de álabes de turbinas de gas de alta resistencia
La turbina de gas pesada debido a su eficiencia de conversión de trabajo térmico relativamente alta, es el equipo más importante en el campo de la generación de energía y la propulsión de barcos, debido a que la tecnología de desarrollo de la turbina de gas pesada de alto nivel es extremadamente compleja, por lo que la turbina de gas pesada también se conoce como el corazón de poder del campo industrial y de construcción naval de China. Hasta ahora, China ha desarrollado con éxito una turbina de gas pesada de 50 MW y ha logrado un gran avance en la turbina de gas pesada de 50 MW de clase F desde cero. En la actualidad, China está perfeccionando la construcción de los tres sistemas principales de turbinas de gas de servicio pesado, realizando la trinidad del diseño de prototipos, la fabricación de equipos y la realización de pruebas. China también se ha convertido en el quinto país del mundo en dominar plenamente la tecnología de diseño y fabricación de turbinas de gas de alta potencia.
revestimiento de barrera térmica
El revestimiento de barrera térmica generalmente se compone de una capa inferior de unión metálica y una capa superficial de cerámica, y la capa inferior de unión generalmente está hecha de una aleación MCrAlY (M es Ni, Co o Ni+Co), que es la principal responsable de los múltiples efectos. de desajuste térmico de transición, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión, mientras que la capa superficial cerámica generalmente está hecha de ZrO2 estable Y2O3, que desempeña principalmente un papel de aislamiento térmico. Debido a su buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas, resistencia a la erosión y características de aislamiento térmico, se ha convertido en uno de los recubrimientos protectores de altas temperaturas más avanzados para turbinas de gas pesadas terrestres en el país y en el extranjero.
Con el desarrollo de la industria de la aviación, la relación peso-empuje del motor de turbina es cada vez mayor, y la temperatura de entrada de la turbina es cada vez mayor. Según el historial de investigación de materiales en el país y en el extranjero, es bastante difícil mejorar la resistencia a altas temperaturas de las palas de las turbinas aumentando la temperatura de uso de los materiales en un corto período de tiempo. El método factible es depositar un recubrimiento de barrera térmica sobre el sustrato del álabe de la turbina para aumentar su temperatura de uso. El desarrollo futuro de la tecnología de recubrimiento de barrera térmica se centrará en los siguientes aspectos:
(1) La clave es investigar un nuevo sistema de material de revestimiento de barrera térmica adecuado para el motor supersónico de próxima generación y encontrar materiales cerámicos con mejor estabilidad de fase, menor tasa de sinterización y conductividad térmica que puedan reemplazar al ZrO2.
(2) La optimización y el estudio del mecanismo del material y el proceso de preparación del sistema de recubrimiento existente, incluida la composición de la capa de enlace Y, la selección del nuevo óxido estable de las cerámicas YSZ, la mejora y optimización de la microestructura del recubrimiento, como así como el estudio adicional de la tecnología de recubrimiento en gradiente, para mejorar la temperatura de trabajo, la vida útil y el rendimiento de aislamiento térmico del recubrimiento.
(3) Investigación sobre el efecto de aislamiento térmico del revestimiento de barrera térmica; la condición de aislamiento térmico del revestimiento, es decir, el gradiente de temperatura, se prueba mediante simulación experimental y se combina con la teoría de la transferencia de calor, de acuerdo con la conductividad térmica. del material de recubrimiento, el efecto de aislamiento térmico esperado y el entorno de trabajo de los componentes del extremo caliente, para proporcionar una base para un diseño razonable del espesor del recubrimiento y proporcionar instrucciones para mejorar el recubrimiento.
(4) Para estudiar más a fondo el modelo de predicción de la vida útil del revestimiento de barrera térmica, si el revestimiento de barrera térmica se aplica a las partes de alto riesgo del motor de turbina, se debe establecer el sistema de predicción de la vida útil del motor para garantizar la seguridad. Por lo tanto, un estudio más profundo del mecanismo de falla por desconchado del recubrimiento de barrera térmica y el comportamiento mecánico en condiciones de servicio, etc., establece un modelo de predicción de vida relativamente perfecto, para evaluar con precisión la vida útil del recubrimiento y proporcionar una garantía confiable para el Aplicación práctica del revestimiento de barrera térmica.
(5) Desarrollar nueva tecnología de prueba de rendimiento del recubrimiento, especialmente tecnología de prueba no destructiva, para caracterizar con precisión la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato, el grado de agrietamiento del recubrimiento, el grado de cambio de fase y otras propiedades, a fin de controlar mejor la calidad del recubrimiento.
Las turbinas de gas de servicio pesado ocupan una posición central en el campo de la generación de energía y la propulsión marina debido a su eficiente capacidad de conversión de calor y trabajo. Como una de las tecnologías clave, el revestimiento de barrera térmica (TBC) juega un papel importante en la mejora de la temperatura de servicio y la prolongación de la vida útil de las palas de las turbinas. China ha logrado avances notables en este campo, dominando con éxito el diseño y la fabricación de turbinas de gas de alta potencia. El revestimiento de barrera térmica generalmente se compone de una capa inferior unida a metal y una capa superficial de cerámica, de las cuales la capa inferior asume principalmente el papel de desajuste térmico de transición, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión, mientras que la capa superficial desempeña principalmente un efecto de aislamiento térmico. . Las investigaciones futuras se centrarán en el desarrollo de sistemas de materiales novedosos, la optimización de los procesos de recubrimiento existentes, la mejora del aislamiento térmico, el establecimiento de modelos de predicción de la vida útil y el desarrollo de nuevas técnicas de prueba del rendimiento del recubrimiento para mejorar aún más el rendimiento y la confiabilidad del recubrimiento.
