Газотермическое напыление для газотурбинных установок

Компоненты газотурбинных установок подвергаются высоким механическим нагрузкам при повышенных температурах, работая при этом в среде коррозионно-активного газа и под воздействием эрозии компонентов топлива. Для защиты от этих агрессивных факторов были разработаны специальные газотермические покрытия. Такие покрытия продлевают срок службы и позволяют компонентам работать при более высоких температурах, повышая таким образом тепловую эффективность газотурбинной установки.

Подслой
Лопатки и сопловые аппараты турбин изготавливаются как правило из температуростойких никелевых суперсплавов, таких как Инконель 718, которые имеют хорошую стойкость к окислению, но не способны выдерживать высокотемпературную коррозию и эрозию. Также используются сплавы на основе кобальта, которые хорошо защищают от коррозии, но имеют меньшую стойкость к окислению. Для решения этих проблем компоненты покрываются слоем MCrAlY, составом в основе которого металл (Ni, Co, Fe или их сплавы). Состав сплава различен в зависимости от применения и рабочей среды компонента. Сплавы MCrAlY образуют внутреннюю оксидную структуру, которая придают превосходную стойкость к горячей коррозии и окислению. Стойкость покрытия тесно связана с содержанием оксидов, пористостью и адгезией покрытия и поверхности и детали. Добавление в сплав иттрия улучшает общую оксидную структуру и повышает прочность оксидной пленки.

Термобарьерные покрытия
Некоторые компоненты работают при температурах, превышающих предельно допустимые для материала подслоя или материала самой детали. Это приводит к требованию тепловой защиты компонентов. Керамические покрытия на основе диоксида циркония наносятся на подслой из MCrAlY для обеспечения температурного градиента между газом и компонентом. При наличии внутреннего охлаждения компоненты с такими покрытиями способны выдерживать повышенные температуры рабочего газа. Толщина керамического слоя зависит от температуры газового потока и интенсивности охлаждения. Покрытия могут наноситься до толщины в 2 мм, хотя типовой диапазон толщин от 0.2 мм до 0.5 мм.

Газотермические покрытия для компонентов газотурбинных установок обеспечивают такие важные преимущества, как:

• Стойкость к окислению и коррозии
• Низкая теплопроводность
• Повышенная эрозионная стойкость
• Более длительный рабочий цикл и срок службы детали
• Уменьшение рабочей температуры поверхности детали и, как следствие, меньшие температурные напряжения
• Защита от точечного перегрева
• Более высокая рабочая температура газа и повышенная тепловая эффективность установки
• Уменьшение выбросов NOx