工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)使用的高壓渦輪可磨耗涂層可以提高效率

現(xiàn)在所面臨的狀況：

受不斷上升的燃料價(jià)格和日益嚴(yán)苛的減排法規(guī)驅(qū)使，工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商在提高效率方面正承受著的壓力。即便是非常小的效率增加都會(huì)帶來顯著結(jié)果：2500GW裝機(jī)電力基地的效率只需提高1%，即可減少3億公噸（6.6億磅）二氧化碳排放，并節(jié)省1億公噸（2.2億磅）的礦物燃料。

可以實(shí)現(xiàn)這種效率提高的一個(gè)區(qū)域就是通過減小氣體路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止部件之間的間隙。在壓縮機(jī)段，通過熱噴涂可磨耗涂層進(jìn)行間隙控制非常成功，并且廣泛用于航空和工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)。但是，在壓縮機(jī)內(nèi)使用的傳統(tǒng)涂層無法耐抗渦輪的高溫。

陶瓷材料非常適合用于熱段間隙管理；但穩(wěn)定氧化鋯等標(biāo)準(zhǔn)陶瓷涂層應(yīng)用會(huì)引起嚴(yán)重?fù)p壞，甚至?xí)?duì)cBN鑲?cè)腥~片的損壞?！　　?/p>

歐瑞康美科解決方案：

歐瑞康美科，IGT與航空壓縮機(jī)應(yīng)用中可磨耗解決方案的供應(yīng)商，開發(fā)了一系列用于熱段應(yīng)用的陶瓷可磨耗材料。在歐瑞康美科的解決方案設(shè)計(jì)中，可磨耗涂層被鑲?cè)腥~片整齊剪切，在一些應(yīng)用中，可用于與不鑲?cè)腥~片摩擦。經(jīng)過測(cè)試和事實(shí)證明，這種可磨耗解決方案在涂覆于工作溫度高達(dá)1150 °C（2100 °F）的1級(jí)HPT護(hù)罩上可使發(fā)動(dòng)機(jī)總效率提高> 1 %。并且，這種涂層解決方案的抗腐蝕性在大修間隔期間可持續(xù)有效，繼續(xù)展現(xiàn)其設(shè)計(jì)的功能。

此外，歐瑞康還提供全套解決方案包，包括材料和噴涂系統(tǒng)，或者為客戶提供零件涂覆涂層的服務(wù)。我們還有材料技術(shù)專家，可針對(duì)具體需求提供咨詢服務(wù)，以及非常接近實(shí)際使用條件的部件測(cè)試設(shè)備，可進(jìn)行速度、侵蝕速率和工作溫度測(cè)試。

的渦輪機(jī)OEM已經(jīng)在渦輪機(jī)生產(chǎn)中采用了歐瑞康美科的HPT可磨耗技術(shù)，并獲得了非常滿意的效果。這些解決方案成本效益非常高，并且在將其用于不鑲?cè)腥~片時(shí)，成本效益更高，因?yàn)闊o需進(jìn)行費(fèi)用高昂的鑲?cè)刑幚怼?/p>

可磨耗陶瓷密封材料由陶瓷基質(zhì)、控制孔隙率的揮發(fā)相和提高可磨耗性的脫離劑組成。使用大氣等離子噴涂工藝涂覆，以便控制孔隙率、耐腐蝕性和硬度。陶瓷涂層涂覆于可兼容的MCrAlY粘合層材料上。歐瑞康美科提供多種MCrAlY粘合層材料。

轉(zhuǎn)子摩擦若無可磨耗涂層的發(fā)動(dòng)機(jī)（案例A）發(fā)生摩擦，則可能發(fā)生葉片磨損和損壞。結(jié)果，氣體通道間隙變得比設(shè)計(jì)間隙大。

而在帶可磨耗涂層的發(fā)動(dòng)機(jī)上（案例B）,葉片整齊切入可磨耗涂層。對(duì)葉片的磨損和損壞極小，氣體通道間隙保持不變。由于可磨耗涂層控制間隙，熱磨合間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無可磨耗涂層，從而提高了效率。

歐瑞康美科陶瓷可磨耗材料：

歐瑞康美科用于高溫HPT應(yīng)用的陶瓷可磨耗材料系列在多種不同的摩擦條件下久經(jīng)考驗(yàn)。事實(shí)證明，采用這種材料制備的涂層具有出色的可磨耗性能，使葉片磨損極小。涂層參數(shù)可進(jìn)行調(diào)整，以控制孔隙率、硬度和抗腐蝕性（孔隙率越高，硬度和抗腐蝕性越低）。并且，還可以根據(jù)需要，通過涂覆后熱處理輕松清除聚合物揮發(fā)相。這些產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)成分如下表所示。

使用歐瑞康高溫耐磨試驗(yàn)裝置對(duì)耐磨體系進(jìn)行的部件測(cè)試：

使用我們的部件測(cè)試設(shè)備，歐瑞康美科可以驗(yàn)證在一定測(cè)試條件范圍內(nèi)正確的可磨耗性并生成磨損圖，包括速度、進(jìn)給速率和溫度。

試驗(yàn)臺(tái)由轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)試葉片（鑲?cè)谢虿昏側(cè)校┖屯扛部赡ズ捏w系的靜止測(cè)試護(hù)罩段組成。對(duì)于每種試樣，均對(duì)摩擦機(jī)制進(jìn)行評(píng)估，并生成磨損圖。

試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)范圍：

n 葉片速度：值410 m/s（1345 ft/s）

n 進(jìn)給速率：1－2000 μm/s（39－78740 μin/s）

n 護(hù)罩溫度：20－1200 °C (68－2192 °F）

磨損圖的生成：

盡管可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)摩擦作用的預(yù)期葉片速度進(jìn)行估計(jì)，但相應(yīng)的進(jìn)給速率大多數(shù)情況下未知。因此，一般篩選試驗(yàn)使用由五對(duì)不同葉尖速度/進(jìn)給速度組成的標(biāo)準(zhǔn)磨損圖。

與各種涂層微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，磨損圖的結(jié)果便成為一種確定滿足特殊設(shè)計(jì)要求的理想磨耗性能的強(qiáng)大工具。

良好的可磨耗性結(jié)果：

證實(shí)良好可磨耗性的摩擦，顯示葉片切入可磨耗涂層的運(yùn)動(dòng)，葉片磨損極小或無磨損（注：葉片磨損以總進(jìn)給深度的百分比表示）。

另一個(gè)典型的陶瓷可磨耗材料的磨損機(jī)理就是材料由葉片向陶瓷密封的材料轉(zhuǎn)移。被轉(zhuǎn)移的金屬在陶瓷表面形成硬的氧化沉積物，由于金屬這時(shí)候摩擦致密的金屬層，通常會(huì)妨礙可磨耗材料的整齊切削。

涂層孔隙率的影響：

在使用中，在抗腐蝕性和抗熱沖擊性方面，涂層性能是可磨耗性與耐久性之間的平衡。符合可磨耗性設(shè)計(jì)要求的涂層可進(jìn)行抗腐蝕性測(cè)試。滿足兩者的涂層被視為可磨耗解決方案的合格候選涂層。

不同的孔隙率可通過調(diào)整噴涂參數(shù)，以受控、可重復(fù)的方式達(dá)到。從下圖中可以看出，所有材料均為鑲?cè)腥~片的良好候選。Durabrade 2192還是不鑲?cè)腥~片的良好候選。

熱性能：

由于這些涂層具有耐高溫、優(yōu)質(zhì)陶瓷基質(zhì)，因此具有本質(zhì)良好的耐熱性。但是，對(duì)于所有可磨耗涂層而言，必須涂覆較厚的陶瓷面層，以適應(yīng)可能出現(xiàn)的入侵深度。面層厚度通常超過1 mm（0.04 in）。這對(duì)于護(hù)罩的隔熱具有有利影響，但卻不利于熱循環(huán)壽命。通常，涂層厚度增加會(huì)使周期壽命顯著減小?？赏ㄟ^提高孔隙率進(jìn)行一定程度的均衡。研究表明，在溫度條件下需要非常厚的涂層時(shí)，使用替代氧化鋯穩(wěn)定劑（如Durabrade 2192中的氧化鏑）可使涂層的熱沖擊特性提高達(dá)4倍，尤其是在要求孔隙率大于25 %時(shí)。