現在所面臨的狀況:
受不斷上升的燃料價格和日益嚴苛的減排法規驅使,工業燃氣渦輪機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帶來顯著結果:2500GW裝機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,并節省1億公噸(2.2億磅)的礦物燃料。
可以實現這種效率提高的一個區域就是通過減小氣體路徑中轉動和靜止部件之間的間隙。在壓縮機段,通過熱噴涂可磨耗涂層進行間隙控制非常成功,并且廣泛用于航空和工業燃氣渦輪機。但是,在壓縮機內使用的傳統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;但穩定氧化鋯等標準陶瓷涂層應用會引起嚴重損壞,甚至會對cBN鑲刃葉片的損壞。
歐瑞康美科解決方案:
歐瑞康美科,IGT與航空壓縮機應用中可磨耗解決方案的供應商,開發了一系列用于熱段應用的陶瓷可磨耗材料。在歐瑞康美科的解決方案設計中,可磨耗涂層被鑲刃葉片整齊剪切,在一些應用中,可用于與不鑲刃葉片摩擦。經過測試和事實證明,這種可磨耗解決方案在涂覆于工作溫度高達1150 °C(2100 °F)的1級HPT護罩上可使發動機總效率提高> 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有效,繼續展現其設計的功能。
此外,歐瑞康還提供全套解決方案包,包括材料和噴涂系統,或者為客戶提供零件涂覆涂層的服務。我們還有材料技術專家,可針對具體需求提供咨詢服務,以及非常接近實際使用條件的部件測試設備,可進行速度、侵蝕速率和工作溫度測試。
的渦輪機OEM已經在渦輪機生產中采用了歐瑞康美科的HPT可磨耗技術,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刃葉片時,成本效益更高,因為無需進行費用高昂的鑲刃處理。

可磨耗陶瓷密封材料由陶瓷基質、控制孔隙率的揮發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。
轉子摩擦若無可磨耗涂層的發動機(案例A)發生摩擦,則可能發生葉片磨損和損壞。結果,氣體通道間隙變得比設計間隙大。
而在帶可磨耗涂層的發動機上(案例B),葉片整齊切入可磨耗涂層。對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,熱磨合間隙遠遠小于無可磨耗涂層,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應用的陶瓷可磨耗材料系列在多種不同的摩擦條件下久經考驗。事實證明,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。涂層參數可進行調整,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,還可以根據需要,通過涂覆后熱處理輕松清除聚合物揮發相。這些產品的標準成分如下表所示。

使用歐瑞康高溫耐磨試驗裝置對耐磨體系進行的部件測試:
使用我們的部件測試設備,歐瑞康美科可以驗證在一定測試條件范圍內正確的可磨耗性并生成磨損圖,包括速度、進給速率和溫度。
試驗臺由轉動的測試葉片(鑲刃或不鑲刃)和涂覆可磨耗體系的靜止測試護罩段組成。對于每種試樣,均對摩擦機制進行評估,并生成磨損圖。
試驗臺參數范圍:
n 葉片速度:值410 m/s(1345 ft/s)
n 進給速率:1-2000 μm/s(39-78740 μin/s)
n 護罩溫度:20-1200 °C (68-2192 °F)

磨損圖的生成:
盡管可以對發動機內摩擦作用的預期葉片速度進行估計,但相應的進給速率大多數情況下未知。因此,一般篩選試驗使用由五對不同葉尖速度/進給速度組成的標準磨損圖。
與各種涂層微觀結構相結合時,磨損圖的結果便成為一種確定滿足特殊設計要求的理想磨耗性能的強大工具。


良好的可磨耗性結果:
證實良好可磨耗性的摩擦,顯示葉片切入可磨耗涂層的運動,葉片磨損極小或無磨損(注:葉片磨損以總進給深度的百分比表示)。
另一個典型的陶瓷可磨耗材料的磨損機理就是材料由葉片向陶瓷密封的材料轉移。被轉移的金屬在陶瓷表面形成硬的氧化沉積物,由于金屬這時候摩擦致密的金屬層,通常會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。符合可磨耗性設計要求的涂層可進行抗腐蝕性測試。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整噴涂參數,以受控、可重復的方式達到。從下圖中可以看出,所有材料均為鑲刃葉片的良好候選。Durabrade 2192還是不鑲刃葉片的良好候選。
熱性能:
由于這些涂層具有耐高溫、優質陶瓷基質,因此具有本質良好的耐熱性。但是,對于所有可磨耗涂層而言,必須涂覆較厚的陶瓷面層,以適應可能出現的入侵深度。面層厚度通常超過1 mm(0.04 in)。這對于護罩的隔熱具有有利影響,但卻不利于熱循環壽命。通常,涂層厚度增加會使周期壽命顯著減小。可通過提高孔隙率進行一定程度的均衡。研究表明,在溫度條件下需要非常厚的涂層時,使用替代氧化鋯穩定劑(如Durabrade 2192中的氧化鏑)可使涂層的熱沖擊特性提高達4倍,尤其是在要求孔隙率大于25 %時。