2.8 高温防护涂层.ppt

2.8 高温防护涂层 2.8.1 燃气轮机的氧化和热腐蚀 热腐蚀 什么是热腐蚀 硫化现象：不纯燃油：S and SO3. 热盐腐蚀：大气，特别是海洋环境: NaCl, KCl, CaCl Na2O+Al2O3=2NaAlO2 热腐蚀的危害 形成低熔点物质: Combination of NaCl and Na2SO4 is pernicious: the melting temperature of eutectic mixture is only 620℃. 破坏保护涂层: Dissolving Al2O3, and Cr2O3. 高温合金的氧化和热腐蚀 氧化 稀土可改善抗氧化性 先进单晶高温合金的抗氧化性变差，寄希望于涂层 涂层的必要性和作用 防护涂层的发展 早在20 世纪40 年代就出现了航空发动机防护涂层的报道，经过几十年的研究，高温涂层材料的成分与结构等方面均有了巨大的改进。根据成分的选择、结构的优化，可以将高温涂层的发展经历简单地划分为以下几个时期： 扩散涂层 20 世纪60 年代研制成功了β-NiAl基铝化物涂层。但NiAl 相脆性大、易开裂，Al 原子向基体扩散快, 涂层使用寿命短。 20 世纪70 年代出现了改进型铝化物涂层，如Al-Cr、Al-Si、Al-Ti、Pt-Al，其中以镀Pt渗Al 形成的铂铝化物涂层具有更长的使用寿命而倍受欢迎，进而成为研究的热点，至今仍有相关报道。 包覆涂层 20 世纪80 年代发展了可以调整涂层成分，能在更高温度下起到高温抗氧化作用的等离子体喷涂MCrAlY 涂层(M 代表Fe、Co、Ni 或二者的结合)，被普遍地用作为TBC 系统的金属粘结层。它克服了传统铝化物涂层与基体之间相互制约的弱点，在抗高温氧化方面有显著的改善。 热障涂层 20 世纪90 年代普遍研究使用的陶瓷热障涂层，比如%?8%Y2O3 部分稳定的ZrO2 涂层，具有显著的隔热效果，显示了巨大的优势。 2.8.2 涂层的种类 2.8.3 扩散涂层 通过与基体接触并与其内确定的元素反应，从而改变了基体外层的涂层。这类涂层以在镍、钴合金上热扩散渗铝，分别获得NiAl和CoAl涂层。 扩散涂层——NiAl 2.8.4 包覆涂层 The two most widely used types of coatings are aluminides (NiAl or Ni2Al3) and MCrAlY (`emcrawlee, where M is Fe and/or Cr) coatings. The formers are obtained by surface enrichment by diffusion, the later by plasma spray or EBPVD. An additional ceramic coating is often applied to high-temperature components (TBC, thermal barrier coating). In this context, the oxidation resistant coatings also provide a `transition layer on which the TBC adheres better than on the substrate. For this reason, the oxidation resistant layer is also referred to as bond coat. 2.8.5 热障涂层 The role of thermal barrier coatings (TBC) is, as their name suggests, to provide thermal insulation of the blade. A coating of about 1-200 μm can reduce the temperature by up to 200 ℃. A TBC can be used either: to reduce the need for blade cooling (by about 36%), while maintaining identical creep life of the substrate. increase considerably the creep life of the blade while maintaining level of blade cooling (and therefore allowing the blade to operate at lower temperature for