Wyniki 11-20 spośród 46 dla zapytania: authorDesc:"Grzegorz Moskal"

Mikrostruktura i przewodnictwo cieplne powłokowych barier cieplnych typu DCL-Gd2Zr2O7/8YSZ


  Możliwości stosowania konwencjonalnych nadstopów niklu na elementy gorącej sekcji turbin gazowych silników lotniczych uległy wyczerpaniu, co wynika ze zbliżenia temperatury pracy turbiny do temperatury topnienia tej grupy materiałów. W konsekwencji jest konieczne stosowanie warstw ochronnych typu TBC (thermal barier coatings), czyli powłokowych barier cieplnych pozwalających na utrzymanie temperatury w obszarze bezpiecznej i długotrwałej pracy. Warstwy TBC są szeroko stosowane na elementach metalowych gorącej sekcji turbiny, co pozwala na zwiększenie temperatury gazów roboczych oraz poprawę sprawności turbiny [1÷3]. Typowe powłoki TBC są zbudowane z warstwy żaroodpornej typu NiCr(Co)AlY otrzymywanej na stopie podłoża metodami natrysku plazmowego w próżni lub pod obniżonym ciśnieniem i z zewnętrznej warstwy izolacyjnej na bazie tlenku cyrkonu modyfikowanego tlenkiem itru (YSZ - yttria stabilized zirconia), którą otrzymuje się w wyniku natrysku plazmowego w powietrzu lub metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej za pomocą wiązki elektronów [4, 5]. Podstawowym ograniczeniem w zastosowaniu warstw ceramicznych na bazie YSZ jest temperatura długotrwałej pracy, która wynosi maksymalnie 1200°C. Wynika to ze skłonności fazy tʹ-ZrO2 do przemiany w fazę tetragonalną t-ZrO2 i kubiczną c-ZrO2. Ponadto w warunkach chłodzenia tetragonalna faza t-ZrO2 ulega przemianie w fazę jednoskośną m-ZrO2. Powoduje to wzrost naprężeń i generowanie mikropęknięć w warstwie ceramicznej, a w konsekwencji jej odpadanie. Ponadto wadą tlenku YSZ jest skłonność do spiekania podczas eksploatacji w wysokiej temperaturze, co prowadzi do pogorszenia właściwości izolacyjnych warstwy TBC, a także zwiększa wartość modułu Younga i naprężeń rozciągających. Wpływa to na zmniejszenie trwałości powłok TBC w warunkach oddziaływania cyklicznie zmiennej temperatury [6, 7]. W celu uniknięcia tego typu problemów trwają poszukiwania nowych materiałów, które charakteryzują[...]

Powłokowe bariery cieplne typu DCL


  Powłokowe bariery cieplne (TBC - Thermal Barrier Coatings) stanowią podstawowy sposób zabezpieczenia powierzchni, który wraz z wewnętrznym chłodzeniem powietrzem umożliwia zwiększanie trwałości elementów gorącej sekcji turbin gazowych silników lotniczych [1]. Zastosowanie tego typu powłok pozwala również na wzrost temperatury gazów wylotowych, a przez to na poprawę sprawności turbin gazowych zarówno stacjonarnych, jak i lotniczych [2]. Możliwości, jakie dają warstwy TBC, nie są do tej pory w pełni wykorzystane ze względu na obawy, iż uszkodzenie warstwy ceramicznej (lub jej fragmentu) może prowadzić do katastrofalnych w skutkach uszkodzeń podłoża metalicznego. W związku z tym krytyczne elementy turbin gazowych, dla ochrony których stosuje się warstwy TBC, są projektowane w taki sposób, aby minimalizować ryzyko tego typu uszkodzeń [3]. Niemniej z punktu widzenia materiałowego technologia TBC jest uznawana za najskuteczniejszą w uzyskaniu zadowalającej ochrony podłoża metalicznego przy równoczesnej poprawie parametrów sprawnościowych turbiny [3]. Większość powłokowych barier cieplnych stanowi układ funkcjonalnie i strukturalnie złożony, który należy traktować jako system zbudowany z wielu materiałów o zasadniczo różnych właściwościach fizykochemicznych. Standardowo stosowane w silnikach lotniczych warstwy TBC składają się z zewnętrznej warstwy izolującej o grubości w zakresie 125÷250 μm oraz warstwy podkładowej (międzywarstwy) o grubości od 50 do 125 μm naniesionej bezpośrednio na metaliczne podłoże. Zazwyczaj warstwę izolującą wytwarza się z proszków na bazie tlenku cyrkonu modyfikowanego tlenkiem itru w ilości od 6 do 8% mas. (6-8YSZ) metodą natrysku plazmowego (APS - Air Plasma Spraying) [4]. Dobór materiału wynika z jego małego przewodnictwa cieplnego przy równocześnie dużej wartości współczynnika rozszerzalności liniowej. Rolą międzywarstwy jest ochrona materiału podłoża przeciwko procesom utleniania wysokotempe[...]

Microstructure and thermal properties of Sm2Zr2O7 + 8YSZ composite TBC systems DOI:10.15199/28.2018.2.5


  1. INTRODUCTION The increasing requirements for efficiency of modern jet engines and necessity of fulfilling strict environmental policies call for new solutions in manufacturing critical gas turbine elements. One of the ways to meet these requirements is application of ceramic thermal barrier coatings (TBCs). The high insulating properties of TBCs allow increase temperature in combustion chamber and turbine to a level exceeding maximum operating temperature of metallic components. Conventional material for insulating layer in TBC is yttria stabilized zirconia (8YSZ — ZrO2∙8Y2O3). In the last years extensive research focused on developing new materials were conducted. It is expected that the new type of ceramic coating will make it possible to increase the turbine operating temperature above 1200°C and maintain the top-coat material phase composition stability and thermochemical compliance with the substrate material and the bond-coat [1]. Selection of the new material for the outer insulating layer of TBC is very restricted. Most important restrictions include: (1) high melting temperature, (2) lack of phase transformations in the range between room and operating temperature, (3) low thermal conductivity, (4) chemical inertness in contact with the bond coat and the TGO (thermally grown oxide), (5) possibly low coefficient of thermal expansion mismatch with the substrate material, (6) good adhesion to the substrate material and (7) low tendency for sintering of the porous microstructure [2]. No information concerning a material that would meet all these requirements has been published so far. Currently applied 8YSZ oxide is merely a compromise between these requirements. Its main disadvantage is a limited long term operation at 1200°C. At higher temperature the tetragonal phase transforms to cubic and monoclinic phase which generates unfavourable stresses and consequently leads to cracking and degradation of the c[...]

Metale trudnotopliwe we współczesnej technice

Czytaj za darmo! »

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[...]

Wpływ szkliwienia laserowego warstwy przypowierzchniowej pokryć typu YSZ na mikrostrukturę i dyfuzyjność cieplną

Czytaj za darmo! »

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[...]

Budowa strefy TGO w warstwach TBC a przewodnictwo jonowe warstwy izolacyjnej

Czytaj za darmo! »

Powłokowe bariery cieplne (TBC - Thermal Barrier Coatings) to system wielowarstwowy zbudowany z zewnętrznej warstwy ceramicznej, której rolą jest izolacja cieplna materiału podłoża w warunkach długotrwałej eksploatacji. Drugi element tego sytemu to żaroodporna warstwa podkładowa, zwana również międzywarstwą. Rolą tego obszaru jest zapewnienie odpowiednio dużej odporności na utlenianie i korozję. Pomiędzy obiema warstwami tworzy się strefa tlenków zwana tlenkami narastającymi w warunkach odziaływania temperatury (TGO - Thermally Grown Oxides) [1, 2]. Strefa ta powstaje w wyniku dyfuzji tlenu z atmosfery roboczej przez pory i pęknięcia warstwy ceramicznej do powierzchni warstwy żaroodpornej, gdzie następuje selektywne utlenianie aluminium i tworzenie się tlenku Al2O3. Jest to najbardziej pożądany przebieg tego zjawiska, jednakże wraz z wydłużeniem czasu ekspozycji wysokotemperaturowej tworzą się tlenki złożone o sieci typu spineli. Zazwyczaj jest to tlenek NiAl2O4, w skrajnym przypadku może to być tlenek niklu NiO. Równocześnie rośnie grubość strefy TGO, co sprzyja tworzeniu się mikropęknięć wewnątrz warstwy ceramicznej bezpośrednio nad warstwą tych tlenków. Pęknięcia mogą się również tworzyć w samej strefie tlenków TGO. Zwłaszcza w obszarach tlenków złożonych i NiO, które charakteryzują się mniej zwartą budową oraz obecnością porów i mikropęknięć. Sprzyja to zarodkowaniu mikropęknięć w tych obszarach i ich propagacji w kierunku warstwy ceramicznej [3, 4]. Sytuacja jeszcze bardziej się komplikuje, gdy rozpatrzy się lokalizację strefy TGO na powierzchni warstwy żaroodpornej. W przypadku obszarów znajdujących się na tzw. dnie profilu chropowatości, przeprowadzone symulacje i badania wskazują na występowanie naprężeń ściskających [5÷9]. Jest to sytuacja korzystna i sprzyja tworzeniu się zwartej warstwy tlenków zbudowanej głównie z Al2O3. Natomiast inną morfologię ma strefa TGO w obszarze wierzchołków profilu chropowatości międzywar[...]

Degradacja powierzchni zewnętrznej warstw ceramicznych powłok TBC typu Gd2Zr2O7 + 8YSZ w warunkach utleniania statycznego w temperaturze 1100oC


  W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące oceny degradacji w warunkach utleniania warstw ceramicznych powłokowych barier cieplnych natryskiwanych plazmowo przy użyciu proszków typu Gd2Zr2O7 oraz 8YSZ w proporcjach 50/50, 25/75 oraz 75/25. Dokonano oceny makro i mikrostruktury warstw ceramicznej po okresie 500 godzin ekspozycji w temperaturze 1100°C w atmosferze powietrza. Stwierdzono, że warstwy ceramiczne charakteryzują się zadowalającą przyczepnością w warunkach testu. Zniszczeniu uległy jedynie obszary na krawędziach cięcia próbek. Szczegółowa analiza powierzchni warstwy ceramicznej wykazała, że tworzą się na niej liczne pustki będące efektem roztrawiania cieplnego materiału ceramicznego. Zjawisko to może wpływać na zwiększenie ilości porów otwartych, a to z kolei przyspieszać może proces niszczenia warstwy TBC. Słowa kluczowe: powłokowe bariery cieplne, cyrkonian gadolinu, 8YSZ, degradacja Top surface degradation process of Gd2Zr2O7 + 8YSZ type ceramic layers of TBC systems during static oxidation test at temperature 1100°C Results of investigations related to degradation process assessement of ceramic topcoat of thermal barier coatings in atmosphere of air was showed in this article. Those TBC systems was deposited by thermal sprying process of mixed feedstock powders of Gd2Zr2O7 and 8YSZ types in ratio as follow: of 50/50, 25/75 and 75/25. The evaluation of macro and microstructure of ceramic top coat after exposition at 1100°C during 500 hours was made. It was detected that ceramic coatings of all types are characterized by good adhesion to the bond-coat expect areas of edges of specimens. Detailed analysis of top surface of ceramic layer revealed that many voids is created during test. That the result of so called thermal etching of ceramic. This phenomena can infl uence on increasing of open porosity, which can accelerated destruction process of whole TBC system. Keywords: thermal barrier coatings, gadolinium zirconate, 8YS[...]

Korozja elementów instalacji odsiarczania spalin DOI:10.15199/40.2018.10.2


  1. Wprowadzenie W trakcie odsiarczania mokrego surowe spaliny przechodząc przez absorber ulegają odsiarczaniu, ale także ochładzaniu, co nie zapewnia im wymaganego wyporu w kominie. Aby ten wypór uzyskać w instalacjach odsiarczania spalin zainstalowany jest regeneracyjny podgrzewacza gazu REGAVO [3]. Jest to przeciwprądowy wymiennik 1. Introduction During wet desulfurization, raw fuel gas, going through the absorber, undergoes desulfurization but also the process of cooling, which does not provide it with the required uplift pressure in the chimney. In order to obtain such a pressure in fuel gas desulfurization installations, a regenerating gas heater REGAVO has been ciepła typu spaliny-spaliny. Powierzchni ogrzewalna składa się z cienkich blach profilowanych umieszczonych w koszach w wirniku równolegle do przepływu spalin [4]. Do podgrzewacza przez kanał gazu nie oczyszczonego wprowadzane są z kotła surowe spaliny o temperaturze ok.125-135°C. Po przejściu przez tę część wymiennika osiągają one temperaturę ok. 72-75°C i wprowadzane są do absorbera, gdzie przebiega proces odsiarczania. Po procesie odsiarczania spaliny mają temperaturę ok. 40°C i aby możliwy był ich odpowiedni wypór w kominie spaliny muszą być podgrzane. Proces ten realizowany jest w obrotowym wymienniku regeneracyjnym. Podgrzewanie spalin realizowane jest przez nagrzane uprzednio profilowane elementy grzejne do temperatury min. 74°C [2]. Korozja wżerowa i szczelinowa to podstawowe typy korozji występujące w środowisku odsiarczania. Pękanie korozyjne naprężeniowe i oddziaływania elektrochemiczne mają drugorzędne znaczenie. Korozja ogólna może występować w strefach najbardziej niesprzyjających, takich jak kanały wlotowe surowego gazu, które zwykle wykonywane są ze stopów niklu. Odporność stali nierdzewnej na korozję wżerową i szczelinową podwyższa dodatek chromu, molibdenu i azotu. Ponadto dodatek azotu zwiększa wytrzymałość mechaniczną stali bez pogorszenia je[...]

Decomposition process of Sm2Zr2O7+8YSZ composite TBC systems in conditions of hot corrosion DOI:10.15199/40.2019.10.2


  1. Introduction The high operational durability of the conventional thermal barrier coating is associated with the presence of the metastable t’ ZrO2 phase. This phase is stable up to the temperature approx. 1200°C, even under long-term operation. Structural stability is related to the presence of the stabilizer in the form of Y2O3 dissolved in the ZrO2 matrix. However, in the environment of the aggressive salt deposits interaction, it may come to a chemical reaction between liquid salt depositions and yttrium oxide. This reaction leads to the reduction content of the stabilizer in the matrix and, as a consequence, to unfavorable phase transformation, from tetragonal ZrO2 to monoclinic crystallographic system [1-3]. A detailed overview of the hot corrosion processes for TBC based on zirconium oxide modified by yttrium oxide was presented by Jones [1]. 338 Ochrona przed Korozją, ISSN 0473-7733, e-ISSN 2449-9501, vol. 62, nr 10/2019 ARTYKUŁ NAUKOWY / RESEARCH ARTICLE The information on the high-temperature corrosion resistance of TBC based on zirconates of rare earth elements is nowadays often presented, but not less concern mainly corrosion in the environment of vanadium compounds. The description of the hot corrosion phenomena for the first time appeared to the plasma sprayed coatings on the base of La2Zr2O7 [4]. It was found then that these types of coatings are easily degraded in contact with Na2SO4 at 1000°C. The following reaction of the pyrochlore phase decomposition process has also been proposed: 2La2O3 + 5Na2SO4(liquid) → La2O2SO4 + La2(SO4)3 + SO3 + 5Na2O(liquid) Due to the limited amount of information about the degradation[...]

« Poprzednia strona  Strona 2  Następna strona »