Kaip išspręsti orlaivio variklio ašmenų antioksidacinę problemą ultra - aukštoje temperatūroje?

Orlaivių varikliai yra žinomi kaip „Perlas ant pramoninės karūnos“, o jų našumas tiesiogiai nustato orlaivių ribas. Tarp jų aukštos - slėgio turbinos ašmenys, kaip vienas iš komponentų, turinčių aukščiausią temperatūrą ir sudėtingiausią stresą, turi materialią technologiją kaip pagrindinę technologinę barjerą. Kai nikelio pagrindu pagamintas vieno kristalo aukštas - temperatūros lydiniai pasiekia 80% savo lydymosi taško arti 1200 laipsnių ir nesugeba tęsti, kas gali pakenkti naujos kartos ultragos - aukštos temperatūros medžiagoms? Atsakymas nurodo į specialų metalo tipą - niobium hafnium lydinio irC103 (NB-10HF-1Ti)yra modelis, kuris buvo išbandytas daugiau nei pusę amžiaus.

Jet variklio efektyvumas ir traukos šerdis yra temperatūra prieš turbiną. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis efektyvumas. Tačiau „Ultra -“ aukštos temperatūros aplinkoje, didesnėje kaip 1400 laipsnių, medžiagos susiduria su dviem pagrindiniais plėšrūnais:
1. Greitas aukšto - temperatūros stiprumo sumažėjimas: Medžiaga šliaužia ir ištempta ir deformuota kaip sirupas, esant išcentriniam įtempiui.
2. Katastrofinė oksidacija: Ore deguonis sugadins kaip rūdis, tačiau stulbinančiu greičiu prasiskverbs į metalą ir trapų metalą, sukeldamas greitą gedimą.
Šioje aplinkoje išeikvoti tradiciniai aukštai - temperatūros lydiniai. Nors keramikinės kompozicinės medžiagos turi puikų atsparumą oksidacijai, jų būdingas trapumas ir didelės išlaidos riboja jų išsamų pritaikymą. Šiuo metu žmonės atkreipė dėmesį į ugniai atsparius metalus.

Tarp keturių ugniai atsparių metalų volframo, molibdeno, tantalo ir niobium niobium išsiskiria su geriausiu išsamiu našumu:

• Aukštas lydymosi taškas (apie 2468 laipsnį), su darbinės temperatūros langu, žymiai viršijančiu nikelio pagrindu pagamintus lydinius.
• Mažas tankis (apie 8,6 g/cm ³), kuris yra tik apie pusę volframo, yra raktas norint pasiekti „traukos ir svorio santykio“ proveržį.
• Geras kambario temperatūros tvirtumas ir apdorojimasVenkite žemos - temperatūros trapumo volframo ir molibdeno problemos.

Tačiau gryno niobium turi nepakankamą stiprumą ir ypač prastą antioksidacinį pajėgumą. Tai būtent kurniobium hafnium lydinio C103išsiskiria. Pridedant10% hafnio (HF) ir 1% titano (TI), C103 pasiekė tobulą sinergetinį stiprinimą:

• Hafnium (HF): Tai yra pagrindinis kietojo tirpalo stiprinimo elementas, kuris žymiai pagerina aukštą - temperatūros stiprumą ir lydinių perkristalizacijos temperatūrą. Dar svarbiau, kad „Hafnium“ gali sudaryti tankesnį ir lipnesnį anti - oksidacijos apsauginį sluoksnį su vėlesniu silicio - dangomis.
• Titanas (Ti): Toliau padeda stiprinti ir tobulinti proceso rezultatus.

Dėl to „C103“ turi struktūrinį sugebėjimą pakelti krovinius 1300–1500 laipsnių temperatūros diapazone, o tai yra pranašumas, kurio negali sutapti kitų medžiagų sistemos.

Tikrasis C103 nepakankamumas atsispindi tobulame simbiotiniame ryšyje su antioksidantų dangos sistemomis.
1. Puikiai atitinka silicį - dangą
C103 atsparumas oksidacijai priklauso ne nuo savęs, o greičiau paruošti sluoksnįSilicido dangapaviršiuje (pvz., Mosi ₂, Si Cr Fe ir kt.). Ši danga sudarys tankią stiklinę SIO ₂ plėvelę aukštoje temperatūroje, kuri gali efektyviai blokuoti deguonies įsibrovimą.
Hafnium elementas„C103“ vaidina lemiamą vaidmenį:

• Padidinkite dangos sukibimą: Dangos ir substrato sąsajoje „Hafnium“ gali sudaryti atsparesnį sąsajos sluoksnį, efektyviai palengvindamas šiluminį įtempį, kurį sukelia šiluminio išsiplėtimo koeficientų skirtumai ir užkertant kelią dangos lupimui šaltų ir karštų ciklų metu.
• Optimizuokite apsauginio filmo našumą: Hafnio oksidas gali būti integruotas į SIO ₂ stiklinę plėvelę, kad pagerintų jo sklandumą ir save - gydymo galimybes, leidžiančias dangai greitai „išgydyti“ po nedidelio pažeidimo.

Ši stabili ir tvirta sąsaja tarp substrato ir dangos yra neprilygstama kitų „Niobium“ lydinių arba ugniai atsparių metalų. Galima pasakytiC103 yra idealus substratas, pritaikytas aukštai - temperatūros dangoms.
2. Veiklos balansas ekstremaliose aplinkose
Siekdama ultra - aukštos temperatūros, C103 pateikia retą „balanso tašką“:

• Palyginti su volframo lydiniu: Jis turi didžiulį tankio pranašumą ir išsprendžia pagrindinį svorio mažinimo tašką besisukančioms dalims.
• Palyginti su molibdeno lydiniais: Nėra žemo - temperatūros trapumo, geresnio apdorojimo ir patikimumo.
• Palyginti su tantalum lydiniais: mažesnis tankis, santykinai kontroliuojamos išlaidos ir labiau subrendusi anti - oksidacijos dangos technologija.

Nepaisant greito naujų medžiagų, tokių kaip keraminės matricos kompozitaiStiprumas, tvirtumas, šiluminio smūgio atsparumas ir apdorojimasLabai reikalaujančių besisukančių komponentų, tokių kaip turbinų peiliukai, srityje „Niobium Hafnium“ lydinys C103 išlieka nepakeičiamas sprendimas dėl jo būdingo aukšto - temperatūros stiprumo, neprilygstamo suderinamumo su anti - oksidacijos dangomis ir puikiu išsamiu našumu.
Tai yra klasikinė medžiagų mokslo išmintis: ne ieškoti „universalios“ medžiagos, bet sukurti „svajonių komandą“, kuri galėtų veikti kartu ekstremalioje aplinkoje per išskirtinį lydinio projektavimo ir dengimo technologiją. Kol „Humanity“ siekia orlaivio variklio eksploatacinių savybių, C103 ir kitas jo - kartos Niobium lydinio šeima ir toliau vaidins nepakeičiamą pagrindinį vaidmenį ultra -} aukštoje temperatūroje.