首页 > 腐蚀新闻 > 行业资讯
燃气轮机热部件防护涂层
2018-09-05 12:35:24 作者：黄新春 来源：热喷涂与再制造 分享至：

    概述

 

    现代燃气轮机为了获得较高的效率而采用较高的涡轮进口温度，热端部件因此需要承受氧化腐蚀及高速气流的冲刷，抵抗高温蠕变和热机械疲劳长期工作而不致失效。


    对于现代燃气轮机，空气和燃料中常含有硫、钠盐等腐蚀性成分，工作在这样恶劣的环境下，金属会很快失效。


    对热端部件进行涂层可以降低其表面温度，并有效地抵抗氧化和腐蚀。

 

1.jpg

    在海边附近长期工作的燃气轮机叶片

左：没有涂层  右：NiAl涂层

 

3.png

4.jpg

    叶片温度承受能力三种防护涂层以及它们的寿命和耐受温度

 

各种燃气轮机涡轮叶片及涂层材料

 

制造商

型号

静叶片

动叶片

涂层

 

 

ABB

11N2

IN939

IN738LC

NiCrAlY+Si


GT24/26

DS CM247LC(R1)

MarM247LC(R2,3)

IN738(R4,5)


DS CM247LC(R1-3)

MarM247LC(R4,5)

TBC(R1 V)

NiCrAlY+Si(R2-4 B,V)

无涂层R5V,镀铬R5B




GE

7/9EA

FSX-414

GTD-111/IN738/U500

RT22/GT29-In+(R1B)

7/9FA

FSX-414(R1)

GTD-222(R2,3)

DS GTD-111(R1)

GTD-111(R2,3)

GT33-In/GT29-In+/

镀铬

 

7H

SC Rene N5/

FSX-414/ GTD-222

SC Rene N5(R1)

DS GTD-111(R2,3)

TBC(R1,2B,V)

其它GT33



Siemens

V84/94.2

IN939

IN738LC/IN792(R4)

CoNiCrAlY+Si

V84/94.3A

SC PWA1483(R1,2)/

IN939

SC PWA1483(R1,2)

TBC(EB-PVD R1B)/

MCrAlY+Re




Westinghouse/

Mitsubishi

M251S

X-45(R1)

U500(R1)

CoNiCrAlY(R1B)/

TBC(PS R1V)

501D5/701D

ECY-768/X-45

U520

MCrAlY

 

501/701F


ECY-768/X-45


IN738LC

TBC(R1 B,V)/

MCrAlY/Sermalloy J


501/701G


IN939

DS MarM002(R1,2)

CM247

TBC(EB-PVD R1,2 B,V)/

MCrAlY

 

    注：R1，R2分别指第1级和第2级，一次类推；B和V分别指动叶片和静叶片；

    DS和SC分别指定向柱晶和单晶；PS指等离子喷涂；EB-PVD指电子束物理气相沉积。


    涂层工艺


    等离子喷涂

 

5.jpg

 

    阳极与阴极间产生高温的等离子弧，使得送进的涂层材料

    粉末熔化并高速地飞向待涂层基体的表面，从而凝聚形成涂层

 

6.jpg

    等离子弧的温度很高，涂层粉末完全熔化，粉末成分通常和涂层成分一致

    涂层有氧化夹杂和孔洞，且残余应力水平较高，需要热处理

 

    等离子喷涂分类

 

7.jpg

    电子束物理气相沉积

 

8.jpg

9.jpg


    涂层类型


    热障涂层

 

10.jpg

 

    热障涂层材料的选择

 

11.jpg

 

    稳定剂的添加量

 

12.jpg

 

    包覆涂层

 

13.jpg

 

    包覆涂层中合金元素的作用

 

14.jpg

 

    热障涂层系统的失效及应对

 

    在高速气体冲刷，氧化，腐蚀以及燃气轮机停机，变工况等条件下，热障涂层系统将会失效而剥落，这通常是由粘接层和顶部陶瓷层在界面处分层引起的。

 

15.jpg
涟钢M251S大修换下一级静叶热障涂层的失效

 

16.jpg

EB-PVD法制备热障涂层系统中热生长氧化物的生长动力学

 

    TGO层的厚度随着时间的增加呈抛物线式增长，表明它的形成受扩散控制

 

    有资料表明，当TGO层的厚度达到10μm时，涂层将失效，因此，TBC系统的寿命与TGO层的厚度密切相关。

.

    粘接层中的Al随着时间的增加而逐渐减少，这是因为

 

    形成富含氧化铝的TGO层；

和金属基体进行互扩散，Al逐渐进入基体；

 

    以上削弱了包覆涂层的氧化保护作用，加速了TBC涂层的失效

 

    对于EB-PVD技术，随着时间的增长，TGO层加厚，并由开始的光滑逐渐变成起伏状

    对于PS技术，开始时TGO层就较为粗糙，然而在随后的服役直至失效不再发生明显的粗化

 

17.jpg

    五种TBC系统的循环剥离寿命

 

    总的来说，EB-PVD法制备的顶部陶瓷涂层比PS法的寿命更长，这是因为其顶部陶瓷涂层中存在微裂纹而使得它具有较大的应变极限

 

    粘接层的工艺对TBC系统的寿命影响不大

 

    在TGO层与顶部陶瓷层界面处存在很多缺陷，而分散的初期裂纹在缺陷处形成，这些裂纹生长并连接

 

    当裂纹生长到一定尺寸而使TGO层发生弯曲时，涂层即发生失效（在冷却时TGO内部产生较大的压应力）应尽量避免负荷和燃料热值的快速变化

 

18.jpg

经过一定循环次数后，TGO层发生弯曲并与顶部陶瓷层分离

 

    空气和燃料中通常含有Ca，Mg，Al，Si等，它们的氧化物会沉积在热障涂层的表面，导致其部分熔解，从而使涂层的应变极限降低，硬度升高而加速其失效随着时间的增加，燃料中的V会逐渐熔解YSZ中的Y元素，导致涂层失效S在粘接层中易形成低熔点夹杂并偏聚在晶界处极大地削弱其强度。

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org


责任编辑：王元


《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-62313558-806
邮箱：fsfhzy666@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。

相关文章
  • 核电站防护涂层的应用
  • 喷涂聚脲与聚氨酯防护涂层的自然环境老化性能研究
  • 分析丨风电叶片的防护涂层材料
  • MDS涂层技术公司研发的防护涂层
  • 风电叶片的防护涂层材料
  • 基于等离子喷涂的反射型激光防护涂层研究
  • 42种防护涂层缺陷和失效形式、原因分析和预防措施大汇
  • 国际新型高速飞行器热防护涂层前沿技术
  • 航空发动机高温防护涂层技术发展现状与标准需求
  • 高温复合材料表面抗氧化防护涂层研究进展

    • 官方微信

    《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事

    • 投稿联系：编辑部
    • 电话：010-62313558-806
    • 邮箱：fsfhzy666@163.com
    • 中国腐蚀与防护网官方QQ群：140808414
    文章推荐
    英北海油气管道因腐蚀泄露 业内危机感加...
    防治船舶锚链锈蚀损坏简便易用方法...
    腐蚀环境对暖气片性能的影响...
    防腐蚀材料多数易燃易爆 注意远离明火...
    点击排行
    34482
    12017年双一流大学最终名单(教育部双一流大学名单)
    7691
    2侯保荣院士：“腐蚀调查”为防腐新技术推广应用打响第一炮
    5554
    32017年最新版中科院SCI期刊分区发布！
    5048
    4毛新平院士：打破成规 变不可能为现实！
    4895
    52020年国家自然科学基金委员会评审重要时间节点安排
    4887
    6浅谈镁合金
    4659
    7徐滨士院士：打造“绿色防控” 化腐朽为神奇
    4638
    8干勇院士：建设材料强国 打造“大国筋骨”
    PPT新闻
    “海洋金属”——钛合金在舰船的应用及其腐蚀防护

    “海洋金属”——钛合金在舰船的
    点击数：5768
    腐蚀与“海上丝绸之路”

    腐蚀与“海上丝绸之路”
    点击数：4763