Nguyên tắc của Superalloy lớp phủ bảo vệ trong hệ thống tháp giải nhiệt
Một superalloy là một kim loại được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng đòi hỏi một mức độ cao của sự đề kháng với nhiệt độ cao trong tháp giải nhiệt, độ bền kéo, và khả năng chống ăn mòn. Các hợp kim này thường được phân loại theo ba loại có thể có: một cơ sở coban, một cơ sở niken, và một cơ sở niken-sắt. Siêu hợp thường được sử dụng trong các nhà máy hóa học chuyển đổi, tua bin công nghiệp, và tua-bin hàng không vũ trụ. Mặc dù chúng có đặc tính kháng cao, một số siêu hợp có thể cần các lớp bảo vệ bổ sung để duy trì mức độ hiệu quả, đặc biệt nếu họ đang làm việc dưới nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy phôi thai của họ hoặc trong điều kiện chịu lực cực đoan.
Hầu hết các lớp phủ superalloy được sử dụng để bảo vệ các thành phần từ tác động môi trường có khả năng gây hại và căng thẳng, với một sự nhấn mạnh vào việc tăng cường khả năng chịu nhiệt và tính toàn vẹn cấu trúc cho các vật liệu hoạt động ở nhiệt độ lên tới 1.850 độ Fahrenheit (F) và cao hơn. Một lớp phủ bảo vệ là một lớp vật liệu rằng khối hoặc ức chế sự tương tác giữa một chất nền và điều kiện của môi trường. Sự tổn thương này có thể mang hình thức lãng phí kim loại từ quá trình oxy hóa và ăn mòn, hoặc mất các tính chất cơ từ nhiệt độ cao khuếch tán của các chất ô nhiễm vào các chất nền. Hầu hết các lớp phủ bảo vệ được thiết kế để bảo vệ các bề mặt superalloy từ những hiệu ứng này.
Coating Khả năng tương thích
Hầu hết các lớp phủ được áp dụng cho các siêu hợp kim không được thiết kế để cân bằng với các chất nền, có nghĩa là họ không phải là lớp phủ trơ trong và có tính chất hóa học và vật lý khác với các vật liệu mà chúng bảo vệ. Thông qua các phản ứng giữa nhôm và crom với oxy môi trường, lớp phủ superalloy tạo, quy mô oxit ngoại quan sát dày đặc ngăn cản sự khuếch tán của các chất ô nhiễm, chẳng hạn như nitơ hoặc lưu huỳnh, thành chất nền. Các lớp phủ cần phải chứa đủ nhôm phản ứng, crom, và silicon để liên tục tạo thành quy mô bảo vệ, nhưng họ cũng phải vừa phải tương thích với các chất nền.
Để tương thích, điều quan trọng là sử dụng lớp phủ vật liệu và phương pháp ứng dụng làm giảm tiềm năng cho các phản ứng không mong muốn giữa các lớp phủ và các chất nền, cũng như phổ biến các yếu tố sơn vào bề mặt cơ sở. Những vấn đề này có thể gây ra sai sót vật chất, chẳng hạn như nứt, nứt vỡ, hoặc khoảng trống hình thành, làm xói mòn các tính chất cơ học của superalloy. Sự khác biệt về tỷ lệ giãn nở nhiệt cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tương thích, vì vậy lớp phủ có tính năng một số mức độ dẻo thường có hiệu quả.
Hiệu ứng oxy hóa
Cùng với sự ăn mòn nóng, quá trình oxy hóa là một trong hai loại cơ bản của hiệu ứng có hại rằng lớp phủ superalloy được thiết kế để ngăn chặn. Các phản ứng oxy là một số trong những mối đe dọa môi trường phổ biến nhất đối với vật liệu hợp kim, và mặc dù siêu hợp tiếp tục hoạt động với rủi ro thấp ở nhiệt độ dưới 1.600 F, ở nhiệt độ cao có thể làm giảm quá trình oxy hóa nghiêm trọng chất lượng vật liệu và hiệu suất, đặc biệt đối với nickel và cobalt siêu hợp cơ sở. Ở mức độ thấp hơn nhiệt độ, hàm lượng Cr là hệ thống phòng vệ chống lại các phản ứng oxy, trong khi ở nhiệt độ cao (trên 1.800 F), nhôm trở nên quan trọng hơn vì nó là cơ sở trong một hợp chất hình thành một quy mô hộ oxide.
Khi hàm lượng nhôm của superalloy là không đủ để ngăn chặn quá trình oxy hóa, một lớp bảo vệ có thể được sử dụng để duy trì tuổi thọ bằng cách ngăn chặn quá trình oxy hóa chọn lọc tại biên giới hạt và cacbua bề mặt, và ức chế quá trình oxy hóa của nội bộ. Chromium đôi khi có thể làm giảm nhiệt độ cao sức mạnh cơ khí, rất nhiều siêu hợp bao gồm một hàm lượng Cr thấp hơn để duy trì độ bền kéo, nhưng điều này sẽ làm giảm sức đề kháng ăn mòn nóng của họ, cần phải có một lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn nóng được ổn định trong máy cắt plasma cnc.
Ăn mòn Hiệu ứng nóng
Ăn mòn nóng là một trong những quá trình oxy hóa tăng tốc phổ biến nhất và thường được gây ra bởi các chất ô nhiễm môi trường, chẳng hạn như muối, hoặc lưu huỳnh tìm thấy trong nhiên liệu. Mặc dù hàm lượng Cr trong hầu hết các cơ sở coban và các cơ sở niken-sắt siêu hợp thường là đủ để ngăn cản sự ăn mòn nóng, một số loại cơ sở niken dễ bị ảnh hưởng có hại này, đặc biệt là những người có tăng sức bền vỡ ở nhiệt độ cao. Sơn bảo vệ, lớp phủ đặc biệt là lớp phủ, và các chất ức chế đôi khi môi trường có thể cần thiết để bảo vệ độ bền cao siêu hợp cơ sở niken.
Vật liệu phủ có thể khuyếch tán vào bên trong vào các kim loại cơ bản, mà có thể làm giảm nhiệt độ nóng chảy phôi thai của kim loại. Khi một superalloy đã được làm nóng trước điểm nóng chảy phôi thai của nó, nó gây ra sự sụt giảm sức mạnh hạt biên giới và độ dẻo và các đặc tính này không thể được phục hồi thông qua xử lý nhiệt. Các mức độ của quá trình oxy hóa và ăn mòn nóng thường xác định các giới hạn nhiệt độ trên cho một superalloy, khi các hợp kim rèn được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, chẳng hạn như con dấu hoặc đĩa tuabin quay, nói chung là có thể hoạt động mà không có lớp phủ bảo vệ.
Đối với các nguồn tài nguyên phong phú trên siêu hợp kim, thăm Superalloy Resource Đại học Cambridge.
