|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Charakterystyka wybranych właściwości cieplnych proszków ceramicznych typu RE2Zr2O7
|
|
Grzegorz Moskal 
Nowoczesne konstrukcje silników, jak również rozwój technologii,
prowadzą do ewolucji wielu nowych powłok oraz do udoskonalania
powłok już wcześniej stosowanych. W części gorącej silnika,
obejmującej obszar komory spalania i turbinę, stosuje się powłokowe
bariery cieplne, tzw. TBC (thermal barrier coatings) oraz
wysokotemperaturowe powłoki uszczelniające. Otrzymywanie
ceramicznych powłok barierowych na elementach silników lotniczych
i turbin gazowych jest powszechnie stosowane za pomocą
natryskiwania cieplnego. Powłoki barierowe TBC zbudowane są
z zewnętrznej strefy ceramicznej, najczęściej YSZ (ZrO2·Y2O3)
i międzywarstwy typu MCrAlY (M = Ni, Co, Fe). Mała wartość
przewodnictwa cieplnego charakterystyczna dla materiałów ceramicznych
powoduje obniżenie temperatury w strefie połączenia
z materiałem międzywarstwy, który odpowiada za zwiększenie odporności
na utlenianie i hot corrosion [1].
Jako główny materiał warstwy ceramicznej stosowany jest obecnie
tlenek cyrkonu modyfikowany tlenkiem itru (YSZ). Wykazuje
on wiele pożądanych właściwości [2÷4]:
- wysoką temperaturę topnienia, ok. 2700°C,
- jeden z najniższych wśród tworzyw ceramicznych współczynników
przewodnictwa cieplnego rzędu 2,3 Wm-1K-1 (zmniejszenie
temperatury powierzchni podłoża, zwiększenie temperatury pracy,
zmniejszenie grubości warstwy ceramicznej),
- wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej 11·10-6°C-1, co
zmniejsza naprężenia wynikające z różnic w rozszerzalności
cieplnej pomiędzy metalicznym podłożem, a ceramicznym pokryciem,
- małą gęstość - 6,4 g/cm3, co pozwala na obniżenie masy turbiny,
- niski moduł sprężystości E = 50 GPa, co pozwala na redukowanie
naprężeń cieplnych,
- wysoką twardość rzędu 14 GPa, co czyni YSZ materiałem odpornym
na erozję i uderzenia.
Mimo iż warstwy barierowe TBC bazujące na ceramice typu
YSZ są stosowane już od ponad 30. lat, nadal trwałość jest ich
zasadniczym problemem, ograniczającym szersze stosowanie. Ze
względu[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
» Charakterystyka mikrostruktury powłokowych warstw barierowych typu RE2Zr2O7
|
|
|
Grzegorz Moskal
Silniki turbin gazowych pracują w jednym z najbardziej wymagających
środowisk, które wymusza ciągły rozwój stosowanych materiałów.
Części silników lotniczych i turbin stacjonarnych są wystawione
na oddziaływanie rygorystycznych obciążeń mechanicznych,
wysokiej temperatury, jak również korozyjnych i erozyjnych
mediów. Od początków konstruowania współczesnych silników ich
producenci stosują systemy powłok ochronnych w celu zwiększenia
trwałości i maksymalnego wykorzystania właściwości stosowanych
materiałów. Nowoczesne konstrukcje silników, jak również
rozwój technologii prowadzą do ewolucji wielu nowych powłok
oraz do udoskonalania powłok już wcześniej stosowanych.
Powłokowe bariery cieplne tzw. TBC (thermal barier coatings)
oraz wysokotemperaturowe powłoki uszczelniające stosuje się
w części gorącej silnika obejmującej obszar komory spalania i turbinę.
Dzięki zastosowaniu tego typu powłok na elementy komór
spalania, łopatki kierujące i łopatki wirujące, możliwy jest wzrost
temperatury gazów wlotowych [1÷3].
Ceramiczne powłoki barierowe na elementach silników lotniczych
i turbin gazowych są obecnie wytwarzane za pomocą natryskiwania
cieplnego. Natrysk plazmowy umożliwia natryskiwanie
szerokiej gamy materiałów proszkowych, a proces technologiczny
może być prowadzony przy ciśnieniu atmosferycznym lub pod obniżonym
ciśnieniem w specjalnych komorach. Ze względu na wymagania
stawiane warstwom natryskiwanym proces ich wytwarzania
realizowany jest z wykorzystaniem manipulatorów, systemów
obrotu oraz chłodzenia i najczęściej jest to proces zautomatyzowany,
gdzie robot manipuluje pistoletem plazmowym.
Powłoki barierowe TBC zbudowane są z zewnętrznej strefy
ceramicznej, najczęściej YSZ (ZrO2·Y2O3) i międzywarstwy typu
MCrAlY (M = Ni, Co, Fe).
Mała wartość przewodnictwa cieplnego charakterystyczna dla
materiałów ceramicznych powoduje obniżenie temperatury w strefie
połączenia z materiałem międzywarstwy, który odpowiada za
zwiększe[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
» Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu Gd2Zr2O7 w warunkach utleniania statycznego
|
|
GRZEGORZ MOSKAL
W artykule dokonano oceny mechanizmu degradacji powłokowych barier cieplnych typu Gd2Zr2O7 w warunkach
utleniania statycznego w temperaturze 1100 [ºC]. Badania przeprowadzono w zakresie obejmującym ocenę kinetyki
wzrostu tlenków typu TGO oraz charakterystyki tego obszaru metodami mikroskopii świetlnej, skaningowej wraz
z oceną składu chemicznego i fazowego w mikroobszarach metodami odpowiednio EDS i EBSD. Stwierdzono, że
mimo zdecydowanie niższej wartości przewodnictwa cieplnego warstwy cyrkonianowej kinetyka wzrostu oraz sam
proces degradacji systemu TBC przebiega znacznie szybciej w przypadku warstw nowego typu, co jest związane
z silną skłonnością do tworzenia tlenków przejściowych typu GdAlO3 pomiędzy warstwą ceramiki, a tlenkiem aluminium,
z którego zbudowana jest warstwa tlenków TGO.
Słowa kluczowe: TBC, powłokowe bariery cieplne, warstwy ceramiczne, mechanizm degradacji, pyrochlory
Degradation process of Gd2Zr2O7 TBC system during static oxidation test
Degradation mechanism of thermal barrier coatings of Gd2Zr2O7 type during static oxidation test at 1100 [ºC] in air was characterized
in this article. The investigation range was as follow: characterization of kinetic growth of TGO oxide layer, and microstructural
description of this region including morphology, chemical composition and phases constituent of oxides by using
of EDS and EBSD method. The basic conclusion was acceleration of degradation process in the case of Gd2Zr2O7 ceramic layer
even though the lower thermal conductivity of new type of TBC. The reason of this fact was relate to perovskite oxide formation of
GdAlO3 type between ceramic layer and alumina from TGO layer.
Keywords: TBC, thermal barrier coatings, ceramic coatings, degradation mechanism, pyrochlore phases.W zależności od warunków pracy na żywotność
powłokowych barier cieplnych mogą
wpływać różne czynniki, jednakże większość
prac potwierdza, że krytycznym parametrem
decydującym o trwałości system[...]
więcej»
w zeszycie
OCHRONA PRZED KOROZJĄ 2011/4-5
|
|
|
» Degradacja powłokowych warstw barierowych TBC typu DLC 8YSZ/Gd2Zr2O7
|
|
GRZEGORZ MOSKAL
364 Ochrona przed Korozją, vol. 54, nr 6
Stabilność cieplno-chemiczna pomiędzy
poszczególnymi warstwami w systemach
TBC, a zwłaszcza pomiędzy strefą TGO i zewnętrzną
warstwą ceramiczną jest jednym
z podstawowych wymagań stawianych nowym
materiałom ceramicznym przeznaczonym
na tego typu warstwy. Związane jest to
z możliwością powstawania, w warunkach
eksploatacyjnych, faz pośrednich o mniejszej
stabilności, co zdecydowanie pogorszyć może
trwałość powłoki.
Aby mówić o wzajemnej cieplno-chemicznej
kompatybilności dwóch materiałów muszą
zostać spełnione dwa podstawowe warunki.
Pierwszy z nich związany jest z brakiem
skłonności do tworzenia faz pośrednich, natomiast
drugi dotyczy niewielkiej wzajemnej
rozpuszczalności obu materiałów. Zasadniczą
zaletą tlenku YSZ, standardowo stosowanego
jako warstwa ceramiczna w systemach TBC,
jest jego "obojętność" cieplno-chemiczna zarówno
na materiał międzywarstwy, jak i na
tlenek α-Al2O3, w zakresie temperatury eksploatacji.
W przypadku warstw typu Gd2Zr2O7
dane literaturowe na temat reakcji tego materiału
z tlenkiem aluminium są bardzo ubogie.
W pracy [1] stwierdzono obecność strefy
przejściowej pomiędzy warstwą ceramiczną
typu Gd2Zr2O7, a tlenkiem aluminium po zastosowaniu
obróbki cieplnej w temperaturze
1371°C. W pracach [2-4] potwierdzono występowanie
fazy GdAlO3 o strukturze typu perowskitu,
jako efekt reakcji pomiędzy związkami
gadolinu i aluminium. W konsekwencji
trwałość warstw TBC tego typu jest ograniczona
mimo, iż przewodnictwo cieplne jest
zdecydowanie niższe niż w przypadku warstw
konwencjonalnych typu 8YSZ. Rozwiązaniem
tego problemu może być koncepcja powłokowych
barier cieplnych zbudowanych z co najmniej
dwóch warstw ceramicznych, zwanych
warstwami bilayerowymi lub t[...]
więcej»
w zeszycie
OCHRONA PRZED KOROZJĄ 2011/6
|
|
|
|
|
|
» Metale trudnotopliwe we współczesnej technice
|
|
ADOLF MACIEJNY GRZEGORZ MOSKAL
Trwający od połowy ubiegłego stulecia znaczący postęp w nauce
i inżynierii materiałów objął swoim zakresem metale trudnotopliwe
i materiały pochodne. Trudnotopliwymi określa się metale, których
temperatura topnienia jest wyższa niż topnienia czystego żelaza.
Szczególne znaczenie ze względów technicznych i ich właściwości
użytkowych ma główna, podstawowa grupa tych metali o temperaturze
topnienia powyżej 2000°C (rys. 1), do której należą, począwszy
od pierwiastka o najwyższej temperaturze topnienia: wolfram,
ren, tantal, osm, molibden, niob, iryd i hafn [1].
Porównanie współczesnego stanu wiedzy poznawczej i technicznej
o metalach trudnotopliwych i ich stopach ze stanem wiedzy
w latach 50. XX wieku [2] pozwala ocenić skalę dokonanego
postępu w ich rozwoju. Na początku lat 80. gr[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2009/3
|
|
|
» Wpływ szkliwienia laserowego warstwy przypowierzchniowej pokryć typu YSZ na mikrostrukturę i dyfuzyjność cieplną
|
|
|
Grzegorz MoskaL ANDRZEJ Grabowski
Warstwy ceramiczne YSZ stanowią zewnętrzną część tzw. powłokowych
barier cieplnych. Powłokowe bariery cieplne typu TBC
(thermal barier coating), natryskiwane plazmowo za pomocą przemysłowego
proszku ceramicznego o składzie ZrO2+8 wt. % Y2O3,
stosuje się między innymi do ochrony powierzchni elementów gorącej
sekcji silników spalinowych w warunkach działania wysokiej
temperatury i agresywnego środowiska.
Podstawowym wymaganiem, jakie stawia się tego typu powłokom,
to m.in. możliwie najniższe przewodnictwo cieplne, co
pozwala na zwiększenie trwałości metalicznego podłoża. Na skalę
przemysłową warstwy takie nanosi się na chronione przez nie
podłoża metodami natrysku plazmowego lub metodami fizycznymi
osadzania z plazmy. Warstwy otrzymane metodą natrysku charakteryzują
się stosunkowo dużą chropowatością powierzchni, która
może wywoływać turbulencje strug gazu w przypadku zastosowań
ich na pokrycia łopatek turbin gazowych. Warstwy TBC po procesie
natrysku plazmowego charakteryzują się również porowatością
(rzędu 2÷10%), której wielkość istotnie zależy od parametrów procesu
natryskiwania plazmowego (co jest związane z ich późniejszym
zastosowaniem).
W celu poprawy właściwości eksploatacyjnych elementów maszyn
pokrytych warstwami TBC stosuje się różnorakie techniki obróbek
cieplnych, w tym przetapianie za pomocą łuku elektrycznego,
czy też przetapianie skoncentrowaną wiązka laserową [1, 2].
W pracy przedstawiono wyniki badań związanych z ustaleniem
natężenia wiązki laserowej i czasem jej działania na powierzchnię
warstwy ceramicznej typu ZrO2+8 wt. % Y2O3, przy których można
uzyskać efekt jej przetopienia w cienkiej warstwie przypowierzchniowej,
tzw. efekt szkliwienia. Przeprowadzono elementarne modelowanie
fizyczne pola cieplnego w warstwie ZrO2 + 8 wt. % Y2O
poddanej działaniu wiązki laserowej o zadanym natężeniu i czasie
działania. Na przetopionych laserowo warstwach ceramicznych
przeprowadzono badania mikrostrukturalne oraz dyfu[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
|
Strona 1
Następna strona »
|
Twój Profil
Twój koszyk
