Применение износостойкого карбидокремниевого покрытия в втулках

Основная технология TBC для покрытий запорных клапанов

Теплозащитные покрытия на деталях клапанов должны обеспечивать адгезию, стойкость к эрозии и теплоизоляцию, сохраняя при этом размерную посадку и герметичность.

• Керамический верхний слой на основе YSZ для теплоизоляции и стойкости к термической усталости

• Связующий слой MCrAlY для защиты от окисления и закрепления TBC

• Плазменное напыление в инертной атмосфере для контроля пористости

• Толщина покрытий от 80 до 250 мкм в зависимости от применения и условий эксплуатации

Все процессы соответствуют стандартам AMS 2437, ISO 14923 и руководствам по покрытиям NADCAP.

Материалы, обычно покрываемые в узлах запорных клапанов

Эти подложки выигрывают от керамических покрытий, которые снижают поверхностное окисление и термические градиенты во время циклической работы.

Пример из практики: Золотник клапана из Инконеля 625 с покрытием YSZ для паровой турбины

Предпосылки проекта

Заказчику требовалось плазменное покрытие YSZ на золотнике клапана из Инконеля 625, используемом в паровой турбине высокого давления, работающей при 920°C. Целевая толщина покрытия составляла 150 мкм с шероховатостью поверхности Ra ≤ 5 мкм. Сначала был нанесен связующий слой MCrAlY, затем верхний слой YSZ.

Типичные покрываемые компоненты клапанов и области применения

Покрытия разработаны для теплоизоляции, сохранения уплотнительных поверхностей и размерной стабильности в течение длительных межсервисных интервалов.

Проблемы при нанесении теплозащитных покрытий на компоненты запорных клапанов

1. Отказ адгезии связующего слоя происходит после 500 термических циклов, когда шероховатость поверхности подложки перед нанесением покрытия превышает Ra 6,0 мкм.

2. Эрозия от частиц пара приводит к истончению верхнего слоя YSZ более чем на 25% в течение 1000 часов в системах с потоком 30 м/с.

3. Трещины в верхних слоях покрытия возникают на острых углах с радиусом менее 1,0 мм при термическом ударе выше 950°C.

4. Риск расслоения увеличивается, когда несоответствие теплового расширения между подложкой и керамическими слоями превышает 15 × 10⁻⁶/K.

5. Требования к шероховатости поверхности ниже Ra 5 мкм критичны для зон уплотнения и должны сохраняться после нанесения покрытия.

Плазменные TBC-решения для узлов запорных клапанов

1. Плазменное напыление LPPS обеспечивает пористость менее 5% и прочность сцепления более 30 МПа для сред с высокоцикловой термической нагрузкой.

2. Точность маскировки ±0,1 мм защищает уплотнительные поверхности во время процесса напыления, гарантируя отсутствие керамики на обработанных поверхностях.

3. YSZ со стабилизатором 8 мас.% Y₂O₃ поддерживает стабильность тетрагональной фазы до 1200°C в условиях повторяющихся термических циклов.

4. Предварительная обработка HIP при 1030°C удаляет внутреннюю пористость перед нанесением керамического слоя для лучшей адгезии.

5. Проверка на КИМ гарантирует, что все критические размеры после нанесения покрытия остаются в пределах ±0,01 мм.

Результаты и проверка

Методы изготовления

Подложки были обработаны на станках с ЧПУ из кованого или литого Инконеля и Хастеллоя. Связующие слои были нанесены плазменным способом, за ними последовали керамические верхние слои при контролируемой температуре и атмосфере.

Точная отделка

Шероховатость поверхности после напыления была доведена до Ra 4,8 мкм. Критические размеры были повторно проверены с помощью КИМ и доработаны вручную там, где требовалась герметичность.

Постобработка

Детали прошли термообработку после нанесения TBC для стабилизации сцепления. Была выполнена окончательная пассивация для устранения остаточных загрязнений.

Контроль

Рентгеновское тестирование подтвердило адгезию покрытия и толщину слоев. СЭМ подтвердил отсутствие расслоения или трещин. Все покрытия соответствовали спецификациям заказчика по адгезии (≥30 МПа) и термостойкости.

Часто задаваемые вопросы

1. Какие керамические составы используются для TBC клапанов?

2. Как вы обеспечиваете адгезию покрытий на изогнутых поверхностях клапанов?

3. Какова типичная толщина покрытия для запорных клапанов турбин?

4. Можно ли покрывать уплотнительные поверхности или их необходимо маскировать?

5. Применимы ли TBC к корпусам клапанов из нержавеющей стали?