ما هي المواد الشائعة الاستخدام في الطلاءات الحرارية (TBCs) للأجزاء المصنوعة من السبائك عالية الحرارة...
الغرض من اختيار مواد الطلاء الحراري (TBC)
تحمي الطلاءات الحرارية (TBCs) الأجزاء المصنوعة من السبائك عالية الحرارة من الإجهاد الحراري، والأكسدة، والتآكل بفعل الغازات الساخنة. بالنسبة للمكونات التي تعمل في محركات التوربينات والبيئات ذات الأقسام الساخنة—مثل تلك الموجودة في الفضاء والطيران و توليد الطاقة—يجب أن يضمن اختيار مواد الطلاء الحراري التوافق مع الركائز القائمة على النيكل أو الكوبالت ويسمح بتحمل الإجهاد أثناء دورات التسخين والتبريد السريعة.
المواد الأساسية للطلاء الحراري (TBC)
زركونيا مثبتة بالإيتريا (YSZ) هي المادة القياسية في الصناعة للطبقة العلوية المستخدمة للعزل بسبب موصليتها الحرارية المنخفضة وتوافق معامل تمددها الحراري مع سبائك النيكل. تُطبق عادةً على الأجزاء المصنعة عبر سبك السبائك الخارقة اتجاهياً و سبك البلورة الواحدة.
طبقات الربط من الألومينايد توفر مقاومة للأكسدة وتشكل طبقة ألومينا مستقرة تضمان التصاق الطلاء الحراري. تُستخدم بشكل متكرر مع السبائك عالية الأداء مثل Rene 95 ومواد سلسلة Inconel.
زركونات الغادولينيوم والسيراميك الأرضية النادرة هي بدائل ناشئة لتوربينات الجيل التالي. توفر هذه المواد مقاومة أفضل للتصليد والتحول الطوري عند درجات حرارة أعلى من 1200 درجة مئوية، على الرغم من أنها تتطلب معالجة لاحقة دقيقة مثل الكبس متساوي الحرارة الساخن (HIP) لضمان الاستقرار الهيكلي.
التطبيق والتوافق
لتعظيم فعالية الطلاء الحراري، يتم إجراء تجهيز السطح باستخدام تشغيل CNC للسبائك الخارقة بدقة قبل الطلاء. تعمل طبقات الربط من الألومينايد كأساس، بينما تعمل الطبقات العلوية السيراميكية كعازل حراري. في المكونات الدوارة أو الأجزاء المعرضة للاهتزاز، تُفضل الطلاءات العمودية المطبقة عبر EB-PVD على الهياكل المرشوشة بالبلازما بسبب مقاومتها الأعلى للتصدع.
للبيئات الاحتراقية شديدة العدوانية مثل تلك الموجودة في توربينات النفط والغاز، فإن إغلاق السطح ومتابعة اختبار وتحليل المواد يضمنان التصاق الطلاء والتحكم في المسامية.
الخلاصة
تظل زركونيا مثبتة بالإيتريا (YSZ) المادة المهيمنة للطلاء الحراري، مدعومة بطبقات الربط من الألومينايد والسيراميك الأرضية النادرة المتقدمة لأنظمة الجيل التالي. عند دمجها مع الكبس متساوي الحرارة الساخن (HIP)، والتشغيل الدقيق، والتحقق من الجودة، توفر هذه المواد حماية طويلة الأمد للمكونات المصنوعة من السبائك عالية الحرارة.
