موادی که معمولاً در پوشش‌های قربانی برای آب‌بندی مسیر گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل بخش‌های پودر فلز متخلخل، بخش‌های الیاف فلزی متخلخل، لانه زنبوری فلزی (پر و پر نشده)، الاستومرها و پوشش‌های ساینده‌شونده با پاشش

حرارتی هستند.

پوشش های اسپری حرارتی مزایایی نسبت به سایر مواد از جمله کاربرد مستقیم، برداشتن و تعمیر آسان، تنوع مواد پوشش و عملکرد خوب دارند.

مواد پوشش‌دهنده اسپری حرارتی قابل سایش جدید برای عملکرد در موتورهای توربین صنعتی در دمای عملیاتی تا 980 درجه سانتی‌گراد پیشنهاد شده‌اند.

آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین

بررسی انواع این مواد جدید به منظور کمی سازی عملکرد آنها در طول آزمایش دکل مشعل اکسیداسیون چرخه ای، تست دکل مشعل داغ خوردگی و تست دکل ساییدگی گرم در مقایسه با فناوری پوشش ساینده موجود انجام شد.

بر اساس نتایج این آزمایش‌ها به این نتیجه رسیدند که پوشش بهبود یافته قابل توجهی برای آب‌بندهای قابل سایش در موتورهای توربین گاز صنعتی ایجاد شده است.

این پوشش جدید می تواند از سایش بیش از حد نوک تیغه بین بازه های بازرسی 24000 ساعته در دمای عملیاتی تا 980 درجه سانتی گراد جلوگیری کند.

پوشش موفق شامل یک پوشش باند MCrAIY با عملیات حرارتی ویژه است که توسط HVOF اعمال می‌شود و با یک پوشش رویه ساینده اختصاصی پوشانده شده است که توسط اسپری پلاسمای هوا اعمال می‌شود.

دو مورد از مهمترین خواص یک پوشش ساینده خوب سختی و روان بودن است.

یک پوشش خوب نه آنقدر سخت خواهد بود که باعث ساییدگی موادی شود که توسط آن مالش می شود و نه آنقدر نرم که به راحتی توسط ذرات موجود در جریان گاز موتور فرسایش یابد.

روان بودن مشخصه ای است که به مواد مالیده اجازه می دهد تا به جای پاره شدن آن در قطعات بزرگ، به آرامی روی پوشش ساینده بریده شوند. پوشش همچنین برای محافظت از بستری که روی آن اعمال می شود،

باید دارای مقاومت اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا باشد. برای کاربردهای ساینده، پودرهای حاوی ترکیبی از اجزای فلزی و غیرفلزی ترجیح داده می شوند. جزء فلزی ماتریس را در پوشش تشکیل می دهد و بیشترین محافظت را برای

زیرلایه فراهم می کند.

افزودنی‌های غیر فلزی روان‌کنندگی را فراهم می‌کنند و همچنین می‌توانند برای ایجاد تخلخل در پوشش استفاده شوند که ساییدگی را بیشتر می‌کند.

پوشش توسعه یافته توسط VAC AERO تمام این الزامات را برآورده می کند و اکنون در هزاران ساعت خدمات موتور به اثبات رسیده است.

OEM توصیه می کند که یک موتور پس از هر 8000 ساعت کارکرد، تحت بازرسی مسیر جریان گاز قرار گیرد. مسیرهای جریان گاز از نظر فرسایش، آسیب جسم خارجی و رسوب بیش از حد بقایای موتور به صورت بصری بررسی می شوند.

این بازرسی نسبتاً جزئی در نظر گرفته می شود. نیازی به جداسازی عمده موتور ندارد و بنابراین نسبتاً ارزان است. پس از هر 24000 ساعت کار، یک بازرسی جامع انجام می شود که شامل جداسازی عمده موتور می شود.

بازرسی 24000 ساعته کار فشرده ای دارد و انجام آن بسیار گران تر از بازرسی مسیر جریان گاز است.

در تجربه قبلی از این بازرسی‌ها، OEM تشخیص داد که سایش نوک تیغه به دلیل ساییدگی در برابر سطوح آب‌بندی اغلب تا 16000 ساعت کارکرد (در برخی شرایط عملیاتی، حتی تا 8000 ساعت) به سطوح غیرقابل قبول می‌رسد.

علاوه بر سایش نوک، سوراخ های خنک کننده در نوک تیغه ها ممکن است با پاره شدن پوشش از سطح آب بندی مسدود شود.

با خراب شدن پوشش، بخش های حلقه ای که سطوح آب بندی را تشکیل می دهند نیز ممکن است به دلیل اکسیداسیون و خوردگی دچار تخریب شدید شوند.

هنگامی که آسیب شدید در طول بازرسی مسیر جریان گاز تشخیص داده می شود، جداسازی عمده موتور برای جایگزینی اجزای فرسوده مورد نیاز است.

در شرایط ارجح تر، تعویض قطعات آسیب دیده حداقل تا 24000 ساعت کار لازم نیست. تیغه‌های فرسوده یا بخش‌های حلقه را می‌توان در خلال جداسازی قطعات اصلی که طی بازرسی 24000 ساعته انجام می‌شود، به‌صرفه‌تر تعویض کرد.

بهمین دلیل، بهبود 50 درصدی در سایش نوک تیغه یک هدف جذاب است. چنین بهبودی معادل افزایش عمر تیغه تا بازرسی 24000 ساعته خواهد بود و هزینه های بالای مربوط به تعویض تیغه ها را قبل از جداسازی زمان بندی شده موتور

کاهش می دهد.

در حالت ایده آل، سایش نوک تیغه با بهبود ساییدگی پوشش روی سطح آب بندی کاملاً از بین می رود. یک پوشش بهبود یافته همچنین آسیب خورنده اولیه بخش های حلقه را که پوشش را تشکیل می دهند به حداقل می رساند.

هدف فنی اولیه این تحقیق ایجاد یک پوشش ساینده برای از بین بردن تلفات نوک تیغه ناشی از سایش در برابر سطوح آب‌بندی بود. با این حال، پروژه موفق تلقی می شود حتی اگر تلفات نوک تیغه در مقایسه با تلفات تجربه شده با پوشش

های موجود تا 50٪ کاهش یابد.

چندین ترکیب نامزد برای یک پوشش سایش‌پذیر بهبود یافته توسعه داده شد. ارزیابی پوشش‌های کاندید با استفاده از آزمایش‌های آزمایشگاهی با معیارها برای مقایسه انجام شد.

انتخاب پوشش های نامزد

پوشش‌های آب‌بند مسیر جریان گاز که در حال حاضر توسط OEM استفاده می‌شوند، ترکیبات استاندارد MCrAIY هستند که توسط پلاسمای پوشانده شده یا اسپری سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) به ضخامت کلی حدود 1.5 میلی‌متر

اعمال می‌شوند.

در حالیکه این پوشش‌ها محافظت رضایت‌بخشی از بستر در برابر اکسیداسیون داغ و خوردگی ایجاد می‌کنند، ساییدگی ضعیفی دارند و باعث سایش بیش از حد نوک تیغه در طول کارکرد موتور می‌شوند. موتورها در دمای ثابت حدود 985 درجه

سانتیگراد کار می کنند.

OEM معتقد است که بیشتر مالش نوک تیغه در طول چرخه های راه اندازی و خاموش شدن موتور در دمای بین 650 درجه و 815 درجه سانتیگراد رخ می دهد.

دو مورد از مهمترین خواص یک پوشش ساینده خوب سختی و روان بودن است. یک پوشش خوب نه آنقدر سخت خواهد بود که باعث ساییدگی موادی شود که توسط آن مالش می شود و نه آنقدر نرم که به راحتی توسط ذرات موجود در

جریان گاز موتور فرسایش یابد.

روان بودن مشخصه ای است که به مواد مالیده اجازه می دهد تا به جای پاره شدن آن در قطعات بزرگ، به آرامی روی پوشش ساینده بریده شوند.

پوشش همچنین برای محافظت از بستری که روی آن اعمال می شود، باید دارای مقاومت اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا باشد. برای کاربردهای ساینده، پودرهای حاوی ترکیبی از اجزای فلزی و غیرفلزی ترجیح داده می شوند.

جزء فلزی ماتریس را در پوشش تشکیل می دهد و بیشترین محافظت را برای زیرلایه فراهم می کند.

بر اساس بررسی و مشاوره با یک تولید کننده عمده پودر، به این نتیجه رسیدیم که پوشش‌هایی با ماتریس MCrAIY و افزودن عناصر روان‌کننده و فرار (برای ایجاد تخلخل) بیشترین نوید را برای کاربردهای ساینده در محدوده متوسط ​​دمای کار

موتور دارند.

برای حصول اطمینان از اینکه بستر دارای محافظت در برابر اکسیداسیون داغ و خوردگی حداقل برابر با پوشش‌هایی است که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، یک پوشش باند MCrAIY در زیر لایه رویی قابل سایش اعمال شد.

سه ترکیب پودری به‌عنوان پوشش‌های رویی قابل فرسایش انتخاب شدند. مقدار ماتریس MCrAIY و عنصر روان کننده در هر یک از ترکیبات ثابت شد.

برای تعیین اثر سطح تخلخل بر عملکرد پوشش رویی قابل ساییدگی، مقدار عنصر فرار تغییر کرد تا سه سطح تخلخل مختلف به دست آید.

رویه آزمایشی

پوشش باند MCrAIY توسط HVOF به کوپن های فلز پایه L605 اعمال شد.

L605 یک آلیاژ پایه کبالت در دسترس است که بسیار شبیه به آلیاژ مورد استفاده در بخش های حلقه OEM است. پارامترهای اسپری، ضخامت پوشش و پارامترهای عملیات ذوب خلاء پس از پاشش برای دستیابی به پوششی با خواص مکانیکی

فراتر از نیازهای OEM توسعه داده شدند.

تمام رسوبات پوشش باند از نظر ریزساختار، سختی سطحی و استحکام باند ارزیابی شدند. همچنین هر یک از آنها تحت آزمایش چرخه کوره قرار گرفتند که شامل قرار گرفتن مکرر در دمای 982 درجه سانتیگراد در یک جو هوای محافظت نشده و

به دنبال خنک شدن فن بود. رسوبات پس از هر بار قرار گرفتن در معرض برای پوسته پوسته شدن و زوال عمومی بازرسی شدند.

مواد ساینده پوشش بالایی که برای ارزیابی انتخاب شدند VA/TC1، VA/TC2 و VA/TC3 تعیین شدند. پودر مورد استفاده برای تولید پوشش VA/TC1 حاوی کمترین مقدار ماده فرار بود،

در حالیکه پودر مورد استفاده برای تولید VA/TC3 بیشترین مقدار را داشت. علاوه بر این، دو روکش MCrAIY برای ارزیابی تهیه شد، یکی توسط HVOF و دیگری با اسپری پلاسمای هوا اعمال شد.

این روکش های رویه MCrAIY به عنوان “سایش پذیر” در نظر گرفته نشدند و فقط برای نشان دادن اینکه VAC AERO قادر به اعمال یک پوشش MCrAIY معادل پوشش فعلی OEM است گنجانده شدند.

پوشش‌های بالایی MCrAIY VA/MC1 (که توسط HVOF اعمال می‌شود) و VA/MC2 (که توسط اسپری پلاسمای هوا اعمال می‌شود) تعیین شدند.

آزمایشات اسپری برای تعیین پارامترهای اسپری بهینه برای هر ترکیب پوشش انجام شد. به عنوان یک معیار در این ارزیابی ها، OEM کوپن هایی را با پوششی از پوششی که در حال حاضر در موتور استفاده می شود، اسپری کرد.

کوپن‌های معیار تحت آزمایش‌های مشابه پوشش‌های نامزد قرار گرفتند. پوشش معیار ارائه شده توسط OEM WB تعیین شد.

تمام شرایط پوشش بالایی تحت آزمایش قرار گرفتن در معرض دمای بالا 982 درجه سانتیگراد به مدت تقریباً 200 ساعت قرار گرفتند.

در فواصل زمانی در طول نوردهی، پوشش ها از نظر سختی سطحی و محتوای تخلخل بررسی شدند.

سپس تمام پوشش‌ها تحت آزمایش‌های اکسیداسیون و خوردگی داغ جداگانه بر روی دکل مشعل قرار گرفتند و با عملکرد پوشش معیار در همان آزمایش‌ها مقایسه شدند.

آزمایش‌های دکل مشعل توسط شورای تحقیقات ملی کانادا با استفاده از پارامترهای تست مشخص شده توسط OEM انجام شد.

تست سایندگی گرم هر پوشش نیز انجام شد. این آزمایش شامل مالش نمونه نوک پره بر روی یک کوپن پوشش داده شده در دور موتور شبیه سازی شده و دمای عملیاتی است.

در حین چرخش، دکل آزمایشی نوک پره را با نرخ نفوذ کنترل شده ای که شرایط انبساط حرارتی در موتور را شبیه سازی می کند، وارد پوشش می کند.

سپس نوک پره از نظر سایش اندازه گیری می شود و پوشش از نظر خرابی ارزیابی می شود. دو مجموعه از شرایط آزمون در طول تست ساییدگی گرم مورد ارزیابی قرار گرفت.

اولی دماها و نرخ‌های نفوذ در هنگام راه‌اندازی موتور را شبیه‌سازی کرد، دومی شرایط عملکرد حالت پایدار موتور را شبیه‌سازی کرد.

سپس داده‌های تمام آزمایش‌ها برای مقایسه ویژگی‌های عملکردی پوشش‌های نامزد با پوشش‌های معیار ارزیابی شد.

نتایج و بحث

قبل از اعمال پوشش باند MCrAIY، سطح زیرلایه به درستی آماده شده بود تا از چسبندگی پوشش خوب اطمینان حاصل شود.

آزمایش‌های اسپری متعددی برای تعیین پارامترهای بهینه برای استفاده از پوشش باند MCrAIY انجام شد.

این پارامترها یک پوشش باند اسپری شده با خواص ریزساختاری ایجاد کردند که الزامات OEM برای پوشش‌های MCrAIY را برآورده می‌کند.

آزمایشات فیوز خلاء انجام شد و پارامترهای ذوب بهینه برای ایجاد استحکام باند پوششی بیش از 10000 psi در هنگام آزمایش بر اساس ASTM C633 تعیین شد.

با استفاده از اسپری پوشش باند بهینه و پارامترهای فیوزینگ، تعدادی کوپن پوشش داده شدند. اینها سپس در معرض آزمایش چرخه کوره همراه با کوپن های پوشش داده شده با پوشش معیار قرار گرفتند.

بر اساس مشاهدات بصری، هیچ پوسته پوسته شدن یا تخریب پوشش باند یا پوشش های معیار در بیش از 100 چرخه آشکار نبود.

نتیجه گیری شد که VAC AERO یک پوشش باند MCrAIY با خواص حداقل معادل پوشش استفاده شده توسط OEM ایجاد کرده است. پارامترهای اعمال پوشش باند سپس برای آزمایش‌های توسعه لایه بالایی ثابت شدند.

با توجه به وجود عنصر فرار در پودرهای پوشش ساینده، اسپری پلاسمای هوا بهترین تکنیک برای اعمال این پوشش ها در نظر گرفته شد.

پارامترهای اسپری بهینه بر اساس ظاهر پوشش، سختی سطحی، استحکام باند (اندازه‌گیری شده با آزمون خمشی) و ریزساختار ایجاد شد. محتوای تخلخل به طور گسترده ای در بین سه لایه رویه قابل ساییدن متفاوت بود،

با کسر حجمی تخلخل با افزایش غلظت ماده فرار در پودر افزایش می‌یابد. لایه‌های رویی قابل سایش ابتدا از طریق آزمایش قرار گرفتن در معرض دمای بالا در دمای 982 درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفتند.

در فواصل زمانی تا 200 ساعت قرار گرفتن در معرض، پوشش ها از نظر تغییر در تخلخل و سختی سطحی مورد بررسی قرار گرفتند.

نگرانی هایی وجود داشت که قرار گرفتن در معرض طولانی مدت مداوم منجر به افزایش سطح تخلخل و کاهش سختی شود. انتظار می رفت که هر دوی این شرایط اثر مضری بر ساییدگی داشته باشند.

با این حال، تجزیه و تحلیل ها هیچ تغییر قابل توجهی در تخلخل یا سختی در طول 200 ساعت قرار گرفتن در معرض نشان نداد.

بر اساس این تجزیه و تحلیل، نتیجه گیری شد که پارامترهای اسپری بهینه برای سه پوشش ساینده نامزد توسعه داده شده است.

با استفاده از این پارامترها، کوپن هایی برای دکل مشعل و تست سایندگی گرم برای هر پوشش تهیه شد. پس از پاشش، پوشش های سایش پذیر در معرض یک چرخه فرسودگی در یک جو هوای محافظت نشده قرار گرفتند.

این درمان برای تبخیر ماده فرار از پوشش ها قبل از آزمایش بیشتر انجام شد.

تست دکل مشعل (آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین)

دکل مشعل در موسسه تحقیقات هوافضا شورای تحقیقات ملی کانادا برای آزمایش استقامت اجزای بخش داغ توربین استفاده می شود.

 آزمایش در یک گاز داغ با سرعت بالا تولید شده توسط یک سیستم احتراق آزمایشگاهی انجام می شود که اختلاط، جریان و شیمی احتراق سوخت ها را در محفظه های احتراق توربین از نزدیک شبیه سازی می کند.

دو نوع آزمایش دکل مشعل برای ارزیابی خواص پوشش‌های کاندید انجام شد. اولین مورد آزمایش اکسیداسیون چرخه‌ای بود که تنش‌های حرارتی را شبیه‌سازی می‌کرد که پوشش‌ها از طریق چرخه‌های چندگانه راه‌اندازی و خاموش شدن موتور

در معرض آن قرار می‌گرفتند.

پوشش‌ها تحت 1000 چرخه قرار گرفتند که هر چرخه شامل چهار دقیقه قرار گرفتن در معرض جریان گاز دکل مشعل و به دنبال آن دو دقیقه خنک‌سازی هوای اجباری بود. در فواصل زمانی، کوپن ها برای تغییر وزن اندازه گیری شدند.

نتایج آزمایش اکسیداسیون چرخه‌ای در شکل 1 نشان داده شده است.

برای یک پوشش با مقاومت اکسیداسیون کامل، هیچ تغییر وزنی در کوپن های آزمایشی از طریق قرار گرفتن در معرض تعداد نامحدودی از چرخه ها وجود نخواهد داشت.

در واقع، افزایش جزئی وزن کوپن تست معمولاً در دوره های اولیه مشهود است. این در نتیجه اکسیداسیون عناصر خاص در پوشش و فلز پایه کوپن رخ می دهد.

پس از آن، کاهش وزن آشکار می شود، زیرا اکسیدها شروع به ریختن از کوپن می کنند. نرخ کم کاهش وزن نشانه مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون است.

دو نمونه برای هر پوشش کاندید با تکرارپذیری عالی نتایج آزمایش مورد آزمایش قرار گرفت. پوشش‌های MCrAIY (WB، VA/MC1 و VA/MC2) همگی نتایج نسبتاً مشابهی را نشان دادند.

مقاومت در برابر اکسیداسیون برای پوشش معیار (WB) و پوشش بالایی VAC AERO MCrAIY اعمال شده توسط HVOF (VA/MC1) تقریباً یکسان بود.

هر دو پوشش افزایش وزن بسیار جزئی را در 50 تا 100 چرخه اول و کاهش وزن بسیار تدریجی در 100 چرخه پایانی ثبت کردند.

پوشش رویی VAC AERO MCrAIY که توسط اسپری پلاسمای هوا (VA/MC2) اعمال شد، افزایش وزن بیشتری را در 250 چرخه اول نشان داد، اما کاهش وزن کمتری را در 750 چرخه پایانی نشان داد. بر اساس این نتایج، می توان نتیجه

گرفت که پوشش VA/MC2 بهترین محافظت طولانی مدت در برابر اکسیداسیون داغ سه پوشش MCrAIY را فراهم می کند.

همانطور که انتظار می رفت، پوشش های سایش پذیر (VA/TC1، VA/TC2 و VA/TC3) در مواجهه طولانی مدت به خوبی پوشش های MCrAIY عمل نکردند.

VA/TC2 و VA/TC3 در واقع کاهش وزن را در 15 تا 20 سیکل اول نشان دادند. با این حال، این از دست دادن را می توان به تبخیر عنصر فرار باقیمانده در پوشش نسبت داد و نشانه ای از زوال اولیه پوشش نیست.

اندازه کاهش وزن اولیه به طور مستقیم با مقدار عنصر فرار در پودر مورد استفاده برای ساخت پوشش متناسب بود.

سپس پوشش‌های سایش‌پذیر نرخ نسبتاً سریعی از افزایش وزن را در طول 200 چرخه و عملکرد نسبتاً پایدار در حداقل 500 چرخه از خود نشان دادند. بعد از آن VA/TC3 شروع به نشان دادن علائم زوال کرد که در 700 سیکل گذشته شتاب

گرفت. VA/TC1 و VA/TC2 هر دو تا بیش از 700 چرخه قبل از شروع زوال پایدار ماندند.آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین.

OEM توصیه کرد که اکثر موتورهای توربین صنعتی تنها در بین تعمیرات اساسی، تعداد محدودی از چرخه های راه اندازی و خاموش شدن را انجام می دهند.

در بیشتر موارد، این تعداد کمتر از 10 سیکل است و به ندرت از 200 سیکل بیشتر می شود.

بر اساس این معیارهای عملیاتی و نتایج آزمایش‌های اکسیداسیون چرخه‌ای، نتیجه‌گیری شد که همه پوشش‌ها مقاومت اکسیداسیون گرم رضایت‌بخشی را برای کاربرد مورد نظر نشان دادند.

همچنین باید تاکید کرد که پوشش های ساینده به عنوان روکش روی یک پوشش باند MCrAIY اعمال می شوند. پوشش باند بیشتر محافظت از بستر را فراهم می کند.

دومین آزمایش دکل مشعل که پوشش های کاندید تحت آن قرار گرفتند، تست خوردگی داغ بود. این آزمایش قرار گرفتن در معرض طولانی‌مدت پوشش با عناصر خورنده در جریان گاز موتور را شبیه‌سازی می‌کند.

کوپن های آزمایشی در جریان گاز دکل مشعل به مدت سه ساعت در یک زمان چرخه می شوند و سپس با هوای اجباری به مدت سه دقیقه خنک می شوند.

تغییر وزن در فواصل زمانی به عنوان تابعی از زمان قرار گرفتن در معرض در طول کل مدت زمان آزمایش 100 ساعت اندازه گیری می شود.

آب نمک به جریان گاز اضافه می شود تا خورندگی آن افزایش یابد. از سوخت سولفید شده نیز برای تقویت بیشتر اثر خورندگی استفاده می شود.

در آزمایش خوردگی داغ، دمای جریان گاز 1040 درجه سانتیگراد دمای کوپن تقریباً 900 درجه سانتیگراد ایجاد کرد. دمای کوپن کمی کمتر از دمای کارکرد حالت پایدار موتور 985 درجه سانتیگراد بود.

شکل 2 نتایج آزمون خوردگی داغ را نشان می دهد. دو نمونه برای هر پوشش کاندید مورد آزمایش قرار گرفت.

باستثنای پوشش معیار، نتایج عملکرد دوباره بسیار قابل تکرار بود. در بین پوشش‌های MCrAIY، پوشش رویی VAC AERO

MCrAIY که با اسپری پلاسمای هوا (VA/MC2) اعمال می‌شود، کمترین کاهش وزن را نشان می‌دهد و پس از آن پوشش رویه

VAC AERO MCrAIY اعمال شده توسط HVOF (VA/MC1) قرار دارد.

همراه با نتایج حاصل از آزمایش اکسیداسیون داغ، این یافته ها این نتیجه را تایید کرد که VA/MC2 دارای خواص اکسیداسیون

داغ و مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به پوشش MCrAIY فعلی OEM است.

نتایج برای پوشش‌های رویی قابل سایش تا حدودی با VA/TC3 مخلوط شد که کاهش وزن بیشتری نسبت به VA/TC1 اما

کمتر از VA/TC2 نشان داد.

از این نتایج، هیچ نتیجه قطعی نمی توان در رابطه با تأثیر غلظت های مختلف ماده فرار در این پوشش های ساینده بر مقاومت

به خوردگی گرم گرفت.

با این حال، نتایج نشان داد که هر یک از این پوشش‌ها کاهش وزن بدتری نسبت به پوشش‌های معیار نداشتند. بنابراین، می

توان نتیجه گرفت که مقاومت در برابر خوردگی آنها برای کاربرد مورد نظر رضایت بخش خواهد بود.

به طور خلاصه، آزمایش دکل مشعل نشان داد که در کاربرد مورد نظر، حفاظت از بستر معادل پوشش معیار می‌تواند با استفاده از

هر یک از پوشش‌های نامزد به دست آید.

تست سایش پذیری داغ در آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین

آزمایش نهایی مورد استفاده در ارزیابی پوشش ها، آزمایش سایندگی گرم بود که توسط یک آزمایشگاه مستقل انجام شد.

تست سایش پذیری داغ مالش نوک تیغه ها بر روی پوشش پوشش داده شده را همانطور که در حین سرویس موتور اتفاق می افتد شبیه سازی می کند.

شماتیک دکل آزمایشی در شکل 3 نشان داده شده است.

دکل از یک روتور، مرحله نمونه متحرک و دستگاه گرمایش تشکیل شده است.

روتور یک دیسک فولادی با چهار شکاف ماشینکاری شده با فاصله 90 درجه از هم است که نوک تیغه های ساختگی در آن تعبیه شده است.

سرعت نوک تیغه را می توان تا 500 متر بر ثانیه تغییر داد. مرحله نمونه توسط یک موتور پله ای هدایت می شود و برای فشار دادن کوپن پوشش داده شده به روتور متحرک استفاده می شود.

نرخ نفوذ را می توان با دقت بین 1 تا 500 میکرومتر بر ثانیه کنترل کرد. سطوح کوپن توسط یک مشعل با سرعت بالا گرم می شوند و یک گرادیان حرارتی مشابه آنچه در موتور ایجاد می شود.

دمای تست می تواند بین محیط و 1200 درجه سانتیگراد متغیر باشد. دکل توسط ریزپردازنده کنترل می شود و پارامترهای تست از طریق یک دیتالاگر با سرعت بالا جمع آوری می شوند.

نتایج سایش پذیری با اندازه گیری عمق نفوذ تیغه به پوشش، سایش تیغه و زبری قابل سایش تعیین می شود.

آزمایش نشان داد که پوشش معیار MCrAIY (WB)، پوشش MCrAIY VAC AERO (V AlMC2) و پوشش “سایش پذیر” حاوی کمترین مقدار ماده فرار

(VA/TC1) در هر دو مجموعه شرایط آزمایش، ساییدگی ضعیفی داشتند. این نتایج تعجب آور نبود و برای تایید تجربه عملی OEM بود.

در دمای آزمایش پایین تر، این پوشش ها از سایش چسب قابل توجهی با انتقال قابل توجه مواد پوشش بر روی نوک تیغه رنج می بردند.

در دمای تست بالاتر، این پوشش‌ها پلاستیکی‌تر شدند و باعث سایش ذوب تیغه و انتقال کمی چسب شدند.

نوک تیغه های ساختگی از IN738 ساخته شده اند، همان مواد تیغه در موتورهای OEM.

دو مجموعه از پارامترهای تست برای شبیه سازی دو شرایط کار موتور انتخاب شدند. دمای تست 700 درجه سانتیگراد، نرخ نفوذ 10 متر و سرعت نوک تیغه

400 متر بر ثانیه برای شبیه سازی شرایط راه اندازی موتور استفاده شد.

برای شبیه سازی شرایط حالت پایدار موتور، دمای تست 985 درجه سانتیگراد، نرخ نفوذ 2 JlID و سرعت نوک تیغه 400 متر بر ثانیه استفاده شد.

دو کوپن پوشش داده شده با VAlMC2 فقط در دمای پایین تر برای مقایسه با معیار آزمایش شدند.آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین.

VA/TC2، بر اساس پودر حاوی مقدار متوسطی از ماده فرار، ساییدگی جزئی را در دمای 700 درجه سانتیگراد نشان داد.

در یک موتور توربین، ایجاد تکه های بزرگتر پوشش در هنگام سایش، خطر انسداد سوراخ خنک کننده در نوک پره ها را افزایش می دهد.

در دمای 985 درجه سانتی گراد، VA/TC2 انعطاف پذیرتر شد و باعث سایش تیغه و عدم نفوذ به پوشش شد.

VA/TC3 ساییدگی خوبی را تحت هر دو مجموعه پارامترهای آزمون نشان داد.

آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین

عدم انتقال پوشش به نوک تیغه مشهود بود و سطح ساییده شده بسیار صاف بود.

هیچ سایش قابل اندازه گیری نوک تیغه در دمای 700 درجه سانتیگراد رخ نداد و فقط سایش جزئی در دمای بالاتر اندازه گیری شد.

بر اساس اندازه گیری سایش نوک تیغه، ساییدگی گرم VA/TC3 بسیار بیشتر از 50 درصد بهتر از پوشش معیار در هر دو دمای آزمایش بود.

اگرچه نتایج این آزمایشات آزمایشگاهی باید با آزمایش موتور تأیید شود، به نظر می رسد که پوشش VA/TC3 از سایش بیش از حد نوک تیغه بین تعمیرات اساسی موتور جلوگیری می کند.

این آزمایشات نشان داد که VA/TC3 ساییدگی گرم بسیار بهتری نسبت به پوشش معیار و بهترین ساییدگی گرم سه پوشش ساینده نامزد دارد. همراه با نتایج حاصل از آزمایش دکل مشعل،

نتیجه گیری

بر اساس نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی، پوشش بهبود یافته قابل توجهی برای آب بندی مسیر گاز در موتورهای توربین گاز صنعتی ایجاد شده است.

انتظار می رود که این پوشش از سایش بیش از حد نوک تیغه بین بازه های بازرسی 24000 ساعته در دمای عملیاتی تا 980 درجه سانتی گراد جلوگیری کند.

این پوشش شامل یک باند MCrAIY با عملیات حرارتی ویژه است که با روکش سایشی اختصاصی پوشانده شده است. نتایج آزمایشات آزمایشگاهی از طریق آزمایش واقعی موتور تأیید می شود.