Language
Country/Area
No result found
Dari mesin pesawat hingga sistem pembuangan mobil: Apa saja aplikasi menakjubkan dari pelapis penghalang termal?
Pelapis penghalang termal (TBC) adalah sistem material canggih yang umumnya diaplikasikan pada permukaan logam yang beroperasi dalam kondisi suhu tinggi, seperti ruang pembakaran dan turbin mesin turbin gas, serta sistem manajemen termal knalpot pada mobil. Pelapis dari material isolasi termal ini, dengan ketebalan mulai dari 100 mikron hingga 2 milimeter, secara efektif mengisolasi dari panas, sehingga komponen dapat mempertahankan efisiensi dan daya tahan pengoperasian meskipun mengalami beban termal yang berat.
Pelapis penghalang termal dapat memperpanjang masa pakai komponen dan mengurangi oksidasi serta kelelahan termal.
Dengan meningkatnya permintaan untuk mesin dengan efisiensi tinggi, yang perlu beroperasi pada suhu pengoperasian yang lebih tinggi dan memiliki daya tahan yang lebih baik, ada peningkatan momentum untuk pengembangan pelapis penghalang termal canggih yang baru. . Persyaratan material untuk pelapis penghalang termal serupa dengan pelindung panas, tetapi dalam aplikasi yang terakhir, laju pembangkitan panas biasanya lebih penting.
Struktur dan persyaratan pelapisan penghalang termal
Pelapisan penghalang termal yang efektif perlu memenuhi persyaratan tertentu agar dapat bekerja dengan baik di lingkungan termomekanis yang keras. Untuk mengatasi tekanan ekspansi termal selama pemanasan dan pendinginan, porositas yang sesuai diperlukan, dan koefisien ekspansi termal harus sesuai dengan permukaan logam yang dilapisi. Lebih jauh, stabilitas fase perlu dipertahankan untuk mencegah perubahan volume yang signifikan (seperti yang terjadi selama perubahan fase). Pelapisan penghalang termal biasanya terdiri dari empat lapisan: substrat logam, lapisan pengikat logam, lapisan oksida yang tumbuh secara termal (TGO), dan lapisan atas keramik.
Agar pelapisan penghalang termal bertahan lama, koefisien ekspansi termal antara semua lapisan harus sesuai.
Mekanisme kegagalan
Mekanisme kegagalan pelapisan penghalang termal bersifat kompleks dan dapat bervariasi tergantung pada lingkungan siklus termal. Meskipun ada banyak mekanisme kegagalan yang belum sepenuhnya dipahami, pertumbuhan oksida yang tumbuh secara termal (TGO), guncangan termal, dan sintering lapisan atas adalah tiga faktor terpenting yang menyebabkan kegagalan lapisan penghalang termal.
Pertumbuhan lapisan TGO adalah salah satu alasan terpenting untuk pelepasan dan kegagalan TBC. Ketika TGO dibentuk dengan pemanasan, hal itu akan menyebabkan tegangan pertumbuhan kompresif yang terkait dengan ekspansi volume; ketika pendinginan, regangan ketidaksesuaian kisi akan dihasilkan karena koefisien ekspansi termal yang berbeda. Rangkaian tegangan ini pada akhirnya akan menyebabkan keretakan dan pengelupasan lapisan penghalang termal. .
Goncangan termal adalah mekanisme kegagalan utama karena tegangan yang disebabkan oleh perubahan suhu yang drastis tersebut dapat menyebabkan retakan pada lapisan penghalang termal.
Selain itu, sintering meningkatkan kepadatan lapisan atas, yang menyebabkan terbentuknya retakan. Dilaporkan bahwa material komposit keramik berbasis silikon nitrida juga menunjukkan kinerja yang lebih unggul daripada material zirkonium nitrida tradisional dalam aplikasi pelapisan penghalang termal.
Jenis pelapis penghalang termal
Berbagai material pelapis penghalang termal memiliki karakteristik yang berbeda. Termasuk zirkonia (YSZ) yang umum digunakan, zirkonat logam tanah, % nitrogen aluminium oksida, dll. YSZ adalah yang paling terkenal dan banyak digunakan dalam mesin bahan bakar karena stabilitas termalnya yang baik dan konduktivitas termal yang rendah. Namun, YSZ mengalami perubahan fase pada suhu tinggi, yang mengakibatkan penurunan kinerja.
Oksida tanah jarang (seperti CeO2) dan komposit logam-kaca telah menunjukkan potensi sebagai material alternatif.
Bidang aplikasi
Penerapan lapisan penghalang termal semakin umum di kendaraan modern, terutama untuk mengurangi kehilangan panas pada komponen sistem pembuangan, seperti komponen seperti manifold pembuangan dan rumah turbocharger. Selain itu, di bidang penerbangan, penggunaan lapisan tersebut sangat penting, sering digunakan untuk melindungi superalloy berbasis nikel dan memungkinkannya beroperasi di atas titik leleh untuk meningkatkan kinerja mesin.
Namun, dengan permintaan bahan bakar dan kemajuan teknologi hijau, bagaimana cara terus meningkatkan kinerja lapisan penghalang termal dan memungkinkannya beroperasi secara stabil pada suhu yang lebih tinggi merupakan tantangan yang akan sangat diperhatikan oleh industri di masa mendatang.
Teknologi lapisan penghalang termal telah menunjukkan potensi aplikasi yang luas di banyak industri. Bagaimana teknologi ini akan dikembangkan lebih lanjut di masa mendatang untuk memenuhi kebutuhan yang berubah?
