Plasma-Thermische Barrierebeschichtung für Hochtemperaturlegierungs-Turbinenschaufeln

Warum TBC für Turbinenschaufeln unerlässlich ist

Hochtemperaturlegierungs-Turbinenschaufeln sind ausgesetzt:

• Heißgasaufprall bei 1100–1200°C

• Oxidation und korrosiven Stoffen im Verbrennungsstrom

• Thermischer Ermüdung und Zyklen während des Triebwerksstarts/-stopps

• Kriechen und Oberflächenverschlechterung durch langfristige Belastung

Plasmaspritz-TBCs reduzieren die Oberflächentemperatur um 100–200°C, verbessern die Kriechlebensdauer, minimieren Oxidation und ermöglichen es Triebwerken, bei höheren Turbineneintrittstemperaturen (TIT) mit verbesserter Effizienz zu arbeiten.

TBC-Systemstruktur

Die geschichtete Struktur ist darauf ausgelegt, der thermischen Ausdehnung des Substrats zu entsprechen und so Abplatzungen während thermischer Zyklen zu verhindern.

Kompatible Hochtemperaturlegierungen

Wir wenden TBC-Systeme auf eine breite Palette von gerichtet erstarrten (DS) und einkristallinen (SX) Turbinenschaufelwerkstoffen an:

• Rene 80 – Verwendet in HPT-Schaufeln und Düsen in Luft- und bodengebundenen Turbinen

• PWA 1484 – Hochschubtriebwerks-Turbinenschaufeln

• Rene N5/N6 – Strahltriebwerks- und Kraftwerksturbinenschaufeln, die unter Langzeitbelastung arbeiten

• CMSX-4 – SX-Schaufeln in heißen Bereichen von GE, Rolls-Royce und Pratt & Whitney

Jede Legierung wird mit proprietären Strahl- und Haftvermittlerschicht-Auftragsverfahren für die Beschichtung vorbereitet, um maximale Haftung und Lebensdauer zu gewährleisten.

Übersicht über das Plasmaspritzverfahren

1. Oberflächenvorbereitung

Entfetten, Strahlen und Reinigen entfernen Oxidschichten und bereiten die Schaufel für optimale Haftung der Haftvermittlerschicht vor.

2. Auftrag der Haftvermittlerschicht

Eine MCrAlY-Haftvermittlerschicht (typischerweise NiCoCrAlY oder CoNiCrAlY) wird mittels HVOF oder Plasmaspritzen aufgebracht und bildet eine thermisch gewachsene Oxid (TGO)-Grenzfläche für die Keramikhaftung.

3. Auftrag der Deckschicht

Die YSZ-Keramik wird mittels Atmosphärischem Plasmaspritzen (APS) oder Elektronenstrahl-Physikalischer Gasphasenabscheidung (EB-PVD) aufgebracht, abhängig von der Schaufelgeometrie und OEM-Anforderungen.

4. Nachbearbeitung

Thermische Konditionierung oder Versiegelungsprozesse werden angewendet, um die Abplatzungsbeständigkeit zu erhöhen und die Beschichtungsintegrität über lange Betriebszyklen sicherzustellen.

Vorteile von Plasma-TBC für Turbinenschaufeln

Qualitätskontrolle und Prüfung

Alle Beschichtungen werden gemäß Luft- und Raumfahrt- und Energiesektor-OEM-Spezifikationen aufgebracht und verifiziert, wie z.B.:

• GE C50TF26

• PWA 36945

• Rolls-Royce RPS 661

• Siemens SPPM-140

Unsere Beschichtungsvalidierung umfasst:

• Dickenmessung (±10 μm Kontrolle)

• Haftfestigkeitsprüfung (ASTM C633)

• Thermische Zyklisierung (>1000 Zyklen bei 1100–1200°C)

• REM-Querschnittsanalyse

• TGO-Wachstums- und Porositätsbewertung

Anwendungsbeispiele

• F135 HPT-Schaufeln (PWA 1484): EB-PVD TBC für verbesserte Ermüdungslebensdauer in militärischen Nachbrennertriebwerken

• GE Frame 9E Turbinendüsen (Rene 80): APS TBC zur Lebensdauerverlängerung in Grundlastkraftwerken

• Trent 1000 CMSX-4 Schaufeln: Mehrschichtige EB-PVD TBC für Korrosions- und thermischen Schutz in Hochbypass-Turbofans

• LM6000 Industriegasschaufeln (Rene N5): APS-aufgebrachte TBC zur Unterstützung von Heißgaspfadkomponenten im Langzeitturbinenbetrieb

FAQs

1. Was ist die empfohlene TBC-Dicke für Turbinenschaufeln?

2. Wie schneidet EB-PVD im Vergleich zu APS für Schaufelbeschichtungen ab?

3. Können Schaufeln nach Betriebsbelastung neu beschichtet werden?

4. Was ist die typische thermische Zykluslebensdauer eines Plasma-TBC-Systems?

5. Welchen Standards entsprechen Ihre Beschichtungen für OEM-Konformität?