Bertujuan kepada fenomena pengelupasan salutan penghalang haba bilah turbin yang berfungsi semasa ujian dijalankan, kajian ini mendapati punca pengelupasan salutan semasa penggunaan produk melalui pemerhatian makroskopik, analisis morfologi mikroskop elektron pengimbasan dan analisis mikrokomponen spektrum tenaga, digabungkan dengan hasil penyiasatan keseluruhan proses proses, dan mengemukakan cadangan untuk penambahbaikan teknologi pemprosesan bahagian seterusnya.
Salutan penghalang terma pemendapan wap fizikal rasuk elektron (EB-PVD) telah digunakan secara meluas dalam bilah enjin aero, dan telah menjadi teknologi utama yang sangat diperlukan untuk bilah enjin aero. Teknologi EB-PVD ialah teknologi yang menggunakan pancaran elektron ketumpatan tenaga tinggi untuk memanaskan bahan yang akan diwap ke dalam mangkuk pijar yang disejukkan dengan air dalam persekitaran vakum, supaya ia mencapai keadaan pengegasan cair, dan menyejat ke substrat di bawah tindakan. daripada medan magnet yang memesongkan untuk terpeluwap menjadi salutan. Terdapat banyak jenis struktur salutan penghalang haba EB-PVD, termasuk struktur lapisan dua, struktur kecerunan dan struktur berbilang lapisan, yang paling banyak digunakan ialah salutan penghalang haba lapisan dua. Salutan penghalang haba dua lapisan terdiri daripada lapisan atas seramik dan lapisan ikatan logam. Lapisan seramik terutamanya memainkan peranan penebat haba, dan lapisan ikatan logam memainkan peranan terutamanya untuk mengurangkan ketidakpadanan pengembangan haba antara matriks dan lapisan seramik, dan meningkatkan rintangan matriks kepada kakisan pengoksidaan suhu tinggi. Dalam persekitaran kerja sebenar, antara muka antara lapisan ikatan dan lapisan seramik akan membentuk lapisan oksida, komponen utamanya ialah -Al2O3, sekali gus menghalang penyebaran unsur O selanjutnya ke dalam salutan . Cabaran utama yang dihadapi oleh penggunaan salutan penghalang haba ialah ketahanan salutan, terutamanya rintangan salutan terhadap spalling, yang dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti keadaan tegasan dalam lapisan seramik, struktur mikro lapisan ikatan, ketebalan dan keadaan tegasan lapisan TGO, dan rintangan patah pelbagai antara muka antara lapisan ikatan dan TGO. Pada masa ini, diakui bahawa pengoksidaan lapisan ikatan adalah faktor utama untuk menentukan hayat salutan penghalang haba.
1. Proses dan keputusan ujian
1.1 Pemerhatian makroskopik morfologi spalling salutan
9 jam selepas ujian enjin, didapati bahawa salutan pada permukaan bilah kerja adalah spalling, dan kawasan spalling melebihi keperluan standard. Morfologi makronya ditunjukkan dalam Rajah 1.
1.2 Analisis perbandingan salutan sebelum dan selepas digunakan
Untuk menganalisis lebih lanjut punca-punca pengelupasan salutan daun, daun servis dibandingkan dengan daun baru kumpulan yang sama, dan komponen salutan dan struktur mikro hujung bilah dan bahagian tengah setiap daun dibandingkan dan dianalisis mengikut daun. kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah 2.
1) Perbandingan morfologi makro daun. Bilah servis dan bilah baharu dibandingkan dan diperhatikan, dan morfologi ditunjukkan dalam Rajah 3. Pengelupasan salutan bilah servis tertumpu terutamanya di tepi masuk dan tepi ekzos bilah berhampiran hujung bilah.
2) Analisis komposisi kimia. Sampel diambil dari hujung bilah dan bahagian tengah badan bilah, dan sampel metalografi disediakan selepas Mozek panas. Mengikut bahagian pengesanan yang ditunjukkan dalam Rajah 2, komponen salutan pada setiap bahagian bilah dianalisis oleh spektrum tenaga. Hasil kajian menunjukkan bahawa kandungan unsur utama dalam lapisan bawah daun yang dikupas pada asasnya adalah sama seperti dalam kumpulan yang sama daun yang tidak dipasang, tetapi tidak terdapat perbezaan yang jelas dalam kandungan unsur utama dalam lapisan permukaan.
3) Analisis morfologi salutan. Sampel metalografik diperhatikan dengan mengimbas mikroskop elektron, dan hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 4. Ia boleh dilihat dari rajah bahawa lapisan bawah bilah tempat salutan dikupas adalah utuh, dan beberapa tisu lapisan permukaan kekal di bahagian bawah. lapisan. Salutan dipecahkan dari akar kristal kolumnar lapisan permukaan, dan terdapat kira-kira 1 μm lapisan TGO antara lapisan permukaan dan lapisan bawah. Selanjutnya, struktur salutan lengkap pada kedudukan berbeza bilah telah dianalisis, dan morfologi mikroskopik dari tepi masuk ke tepi ekzos diperhatikan di bahagian tengah bilah. Di tepi salur masuk bahagian tengah bilah, kristal silinder lapisan permukaan telah retak di sepanjang akar, menunjukkan bahawa salutan mula terkelupas di hujung bilah, dan patah itu meluas ke tengah bilah. . Sebaliknya, struktur kristal kolumnar lapisan permukaan di bahagian belakang daun dan tepi ekzos dikelompokkan bersama, bukan dalam taburan berbulu, jarak antara kristal kolumnar tidak jelas, dan akar kristal kolumnar lebih longgar daripada hujungnya.
Pengimbasan mikroskop elektron telah dilakukan pada kedudukan berbeza bilah yang dinyahpasang pada kelompok yang sama, dan hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 5. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 5, struktur salutan daun yang baru dibuat adalah sama seperti daun yang dikupas. . Hujung atas kristal kolumnar diedarkan padat, dan struktur lapisan permukaan dibentuk oleh lapisan susun. Terdapat lapisan TGO yang jelas antara lapisan permukaan dan lapisan bawah, dan ketebalannya adalah kira-kira 1μm. Kewujudan lapisan TGO antara lapisan ikatan dan lapisan seramik pada bilah menunjukkan bahawa semasa pemendapan lapisan seramik, terdapat sejumlah O dalam relau, yang menggalakkan pembentukan lapisan TGO, dan tahap vakum relau mungkin tidak memenuhi keperluan standard, supaya lapisan TGO mula-mula terbentuk di persimpangan lapisan bawah dan lapisan permukaan. Pada masa yang sama, retakan seramik permukaan di sepanjang kristal kolumnar juga wujud di hujung bilah.
Proses salutan penghalang haba bilah adalah seperti berikut: prarawatan permukaan bilah → asas pemendapan penyaduran ion berbilang arka → resapan vakum → pembersihan ultrasonik → lapisan permukaan pemendapan rasuk elektron vakum. Semasa pemprosesannya, kedua-dua lapisan ikatan logam dan lapisan seramik didepositkan di bawah vakum, jadi lapisan TGO kira-kira 1 μm tebal tidak boleh dihasilkan antara lapisan ikatan dan lapisan seramik. Proses penyediaan salutan penghalang haba sedia ada tidak mengandungi lapisan TGO untuk pengesanan tisu, jadi kesan lapisan TGO yang dihasilkan dalam proses penyediaan terhadap prestasi dan hayat perkhidmatan salutan penghalang haba perlu ditunjukkan secara terperinci, jadi ia adalah tidak perlu pergi ke butiran di sini. Walau bagaimanapun, jika tahap vakum dalam relau tidak memenuhi keperluan, struktur dan sifat permukaan seramik boleh menjejaskan hayat perkhidmatan salutan penghalang haba, yang disahkan oleh eksperimen dalam kajian ini.
1.3 Ujian mikrokekerasan
Kekerasan permukaan seramik kedua-dua jenis bilah telah diuji masing-masing, dan keputusan ditunjukkan dalam Jadual 1. Dapat dilihat bahawa tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam nilai kekerasan permukaan seramik bilah pengelupasan bersalut dan bahawa daripada bilah yang dinyahpasang dalam kelompok yang sama, menunjukkan bahawa nilai kekerasan bilah dalam kelompok yang sama tidak berubah dengan ketara sebelum dan selepas digunakan.
1.4 Ujian pengesahan
Lapisan seramik salutan penghalang haba dijalankan di bawah proses pemendapan fizikal rasuk elektron. ZrO2 dipanaskan dalam relau vakum sehingga ia menyejat dari jongkong, dan kemudian perlahan-lahan dimendapkan pada permukaan bilah. Bentuk dan ketebalan pertumbuhan lapisan seramik dipastikan dengan mengawal parameter seperti arus, darjah vakum dan masa pemendapan dalam relau vakum. Selepas semakan proses, didapati terdapat rekod menggantikan wayar pistol atau minyak pam mekanikal dalam relau vakum, yang secara langsung akan menjejaskan tahap vakum relau vakum, dan kemudian menjejaskan pertumbuhan kristal kolumnar salutan seramik. Untuk mengesahkan sama ada tahap vakum mempunyai kesan ke atas morfologi dan sifat hablur silinder lapisan seramik, ujian pemendapan lapisan seramik yang berbeza dijalankan menggunakan parameter proses dalam Jadual 2.
Salutan daun diperhatikan oleh mikroskop elektron di bawah dua keadaan. Keputusan menunjukkan bahawa di bawah voltan, arus dan masa pemendapan yang sama, apabila darjah vakum dalam relau ialah 5×10−4 Torr, kristal kolumnar seramik kelihatan berbulu atau seperti gandum, dan tiada lapisan TGO di antara lapisan ikatan dan lapisan seramik (Rajah 6a). Apabila darjah vakum ialah 5×10−3 Torr, hablur kolumnar salutan seramik adalah kasar dan tidak menunjukkan bentuk seperti bulu atau spike. Struktur mikro akar hablur kolumnar adalah agak longgar berbanding dengan bahagian hujung, dan struktur mikro adalah serupa dengan daun yang tidak dipasang, dan terdapat lapisan TGO di antara lapisan ikatan dan lapisan seramik (Rajah 6b) . Pada masa yang sama, kekerasan salutan seramik di bawah dua darjah vakum telah diuji, dan keputusan menunjukkan bahawa kekerasan lapisan seramik adalah lebih tinggi di bawah darjah vakum 5×10−4 Torr, manakala kekerasan lapisan seramik didepositkan di bawah darjah vakum 5×10−3 Torr adalah lebih rendah (Jadual 3).
2. Kesimpulan
1) Lapisan seramik bilah yang rosak dipecahkan dari akar lapisan permukaan, dan struktur akar kristal kolumnar longgar, dan bahagian tengah dan atas kristal kolumnar dikelompokkan dan diedarkan dalam lapisan. Nilai kekerasan adalah lebih rendah daripada lapisan seramik biasa, dan strukturnya berbeza dengan ketara daripada kristal kolumnar bersalut seramik biasa.
2) Ijazah vakum mempunyai pengaruh langsung terhadap morfologi pertumbuhan salutan seramik. Apabila tahap vakum memenuhi keperluan standard, kristal kolumnar tumbuh seperti bulu atau telinga. Apabila tahap vakum lebih rendah daripada keperluan standard, akar kristal kolumnar longgar, bahagian tengah dan atas kristal kolumnar adalah padat, dan terdapat lapisan TGO yang jelas antara lapisan ikatan dan lapisan seramik.
3) Kegagalan lapisan seramik bilah yang rosak untuk memenuhi keperluan penggunaan adalah disebabkan oleh keadaan abnormal peralatan pemendapan fizikal, mengakibatkan organisasi lapisan seramik yang disimpan tidak memenuhi keperluan standard.
