4962385159

Nowe technologie lotniczych silników turbinowych 35

specjalnych stopów wytwarzających samoczynnie na powierzchni tlenki, które zabezpieczają materiał przed dalszym utlenianiem, a zasadniczo istotnie zmniejszają szybkość utleniania. Tlenki o odpowiedniej strukturze i dobrej przyczepności do podłożą decydują o odporności materiału na oddziaływanie środowiska. Tlenkami o bardzo dobrych właściwościach zabezpieczających przed korozją są: tlenek aluminium A1₂0₃, tlenek chromu Cr₂0₃ i tlenek krzemu Si0₂. Dlatego chrom, aluminium i krzem są dodatkami stopowymi stali odpornych na korozję i żaroodpornych oraz żaroodpornych stopów niklu i kobaltu.

W budowie współczesnych lotniczych silników turbinowych występuje głównie problem zabezpieczenia przed wysokotemperaturową korozją stopów niklu, z których wykonywane są gorące części silników. Do zabezpieczania takich materiałów ostatnio stosowane są głównie żaroodporne pokrycia ze stopów metali: (Ni, Co)-Cr-Al-Y lub Al-Si-Ni-Y.

Osnową większości pokryć żaroodpornych stosowanych do ochrony łopatek turbin jest ża-rowytrzymała faza -NiAl. W celu podwyższenia stabilności cieplnej tej fazy skład materiału pokrycia uzupełnia się dodatkami stopowymi: Ta, Hf, Y, Si i innymi. Dodanie itru (Y) pozwala uniknąć powstawania porowatości podczas eksploatacji i zwiększa adhezję powstających tlenków.

Degradacja pokryć (rys. 14) zachodzi w rezultacie procesów dyfuzyjnych powodujących utlenianie fazy i wzrostu grubości warstewki tlenków oraz postępującego wypalania z materiału pokrycia dodatków stopowych, co pogarsza możliwości samoregeneracji pokrycia („zabliźniania" mikrouszkodzeń). Zubażanie materiału pokrycia może również być spowodowane dyfuzją dodatków stopowych do podłoża. Zabezpieczeniem przed taką dyfuzją może być warstewka z trud-notopliwego metalu (W, Nb lub Ta) lub metali szlachetnych (Pt, Pd lub Ir).

K:

a - AI2O3----p

3 . NiAl--h

Y - NisAl - HS

Warstwa dyfuzyjna

Osnowa

JLi

Rys. 14. Przekrój przez żaroodporne pokrycie: a - nowe pokrycie, b - pokrycie po długotrwałej eksploatacji

Do zabezpieczenia polikrystalitycznych łopatek odlewanych ze stopu ŻS6U stosowane jest pokrycie na bazie niklu zawierające 20% chromu, 12% aluminium i 0,5% itru nanoszone metodą kondensacji par przy łukowym odparowaniu. Do łopatek monokrystalitycznych odlewanych ze stopów ŻS26WI lub ŻS32WI stosowane są pokrycia z: aluminium, krzemu, niklu i itru, charakteryzujące się dobrymi ochronnymi właściwościami w temperaturze 1050...1100°C.

3.3. Pokrycia termoizolacyjne

Stopy niklu, z których wykonywane są części turbin silników lotniczych topią się w temperaturze 1200...1315°C, gdy temperatura gazów przed turbiną osiąga wartość 1350°C, a nawet wyższą. Dla zabezpieczenia możliwości pracy łopatek turbin, część powietrza ze sprężarki przeznacza się na ich chłodzenie. Obniża to sprawność silnika i zwiększa zużycie paliwa. W celu ograniczenia tych strat na gorące części lotniczych silników turbinowych nanosi się pokrycia termoizolacyjne.