Language
Country/Area
No result found
Từ động cơ máy bay đến hệ thống ống xả ô tô: Ứng dụng tuyệt vời của lớp phủ cách nhiệt là gì?
Lớp phủ cách nhiệt (TBC) là hệ thống vật liệu tiên tiến thường được áp dụng cho bề mặt kim loại hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao, chẳng hạn như buồng đốt và tua-bin của động cơ tua-bin khí cũng như hệ thống quản lý nhiệt khí thải trong ô tô. Những lớp phủ vật liệu cách nhiệt này, với độ dày từ 100 micron đến 2 mm, cách nhiệt hiệu quả, cho phép các bộ phận duy trì hiệu quả vận hành và độ bền bất chấp tải nhiệt nghiêm trọng.
Lớp phủ cách nhiệt có thể kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và giảm quá trình oxy hóa và mỏi do nhiệt.
Với nhu cầu ngày càng tăng về động cơ hiệu suất cao, cần hoạt động ở nhiệt độ vận hành cao hơn và có độ bền tốt hơn, động lực phát triển các lớp phủ cách nhiệt tiên tiến mới ngày càng tăng. Yêu cầu vật liệu cho lớp phủ cách nhiệt tương tự như yêu cầu đối với tấm chắn nhiệt, nhưng trong ứng dụng thứ hai, tốc độ sinh nhiệt thường quan trọng hơn.
Cấu trúc và yêu cầu của lớp phủ cách nhiệt
Một lớp phủ cách nhiệt hiệu quả cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định để hoạt động tốt trong môi trường cơ nhiệt khắc nghiệt. Để đối phó với ứng suất giãn nở nhiệt trong quá trình gia nhiệt và làm mát, cần có độ xốp thích hợp và hệ số giãn nở nhiệt phải phù hợp với bề mặt kim loại được phủ. Hơn nữa, độ ổn định pha cần phải được duy trì để ngăn chặn sự thay đổi âm lượng đáng kể (chẳng hạn như xảy ra trong quá trình thay đổi pha). Lớp phủ rào cản nhiệt thường bao gồm bốn lớp: nền kim loại, lớp liên kết kim loại, lớp oxit phát triển nhiệt (TGO) và lớp trên cùng bằng gốm.
Để lớp phủ cách nhiệt có độ bền lâu dài, hệ số giãn nở nhiệt giữa tất cả các lớp phải phù hợp.
Cơ chế thất bại
Cơ chế hư hỏng của lớp phủ cách nhiệt rất phức tạp và có thể khác nhau tùy thuộc vào môi trường chu trình nhiệt. Mặc dù có nhiều cơ chế hư hỏng chưa được hiểu đầy đủ, nhưng sự phát triển của oxit nhiệt (TGO), sốc nhiệt và thiêu kết lớp trên cùng là ba yếu tố quan trọng nhất dẫn đến hư hỏng lớp phủ rào cản nhiệt.
Sự phát triển của lớp TGO là một trong những lý do quan trọng nhất dẫn đến sự thất bại và thất bại của TBC. Khi TGO được hình thành cùng với quá trình gia nhiệt, nó sẽ gây ra ứng suất tăng trưởng nén liên quan đến sự giãn nở thể tích; khi làm mát, biến dạng không khớp mạng sẽ được tạo ra do các hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, cuối cùng sẽ dẫn đến nứt và bong tróc lớp phủ chắn nhiệt. .
Sốc nhiệt là cơ chế hư hỏng cơ bản vì ứng suất gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ mạnh như vậy có thể gây ra các vết nứt trên lớp phủ chắn nhiệt.
Ngoài ra, quá trình thiêu kết làm tăng mật độ của lớp trên cùng, khiến các vết nứt hình thành. Được biết, vật liệu composite gốm gốc silicon nitride cũng cho thấy hiệu suất vượt trội so với vật liệu zirconium nitride truyền thống trong các ứng dụng phủ rào cản nhiệt.
Các loại sơn phủ cách nhiệt
Các vật liệu phủ cách nhiệt khác nhau có những đặc tính khác nhau. Bao gồm zirconia thường được sử dụng (YSZ), zirconate kim loại đất,% oxit nhôm nitơ, v.v. YSZ nổi tiếng nhất và được sử dụng rộng rãi trong động cơ nhiên liệu vì tính ổn định nhiệt tốt và độ dẫn nhiệt thấp. Tuy nhiên, YSZ gặp phải hiện tượng thay đổi pha ở nhiệt độ cao, dẫn đến suy giảm hiệu suất.
Các oxit đất hiếm (chẳng hạn như CeO2) và vật liệu tổng hợp kim loại-thủy tinh đã cho thấy tiềm năng trở thành vật liệu thay thế.
Trường ứng dụng
Việc ứng dụng lớp phủ cách nhiệt ngày càng trở nên phổ biến trên các phương tiện giao thông hiện đại, đặc biệt là để giảm thất thoát nhiệt trong các bộ phận của hệ thống ống xả, chẳng hạn như các bộ phận như ống xả và vỏ bộ tăng áp. Ngoài ra, trong lĩnh vực hàng không, việc sử dụng các lớp phủ như vậy là vô cùng quan trọng, thường được sử dụng để bảo vệ các siêu hợp kim gốc niken và giúp chúng hoạt động trên điểm nóng chảy nhằm nâng cao hiệu suất động cơ.
Tuy nhiên, với nhu cầu về nhiên liệu và sự tiến bộ của công nghệ xanh, làm thế nào để liên tục cải thiện hiệu suất của lớp phủ cách nhiệt và giúp chúng hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao hơn là một thách thức mà ngành sẽ rất coi trọng trong tương lai .
Công nghệ phủ rào cản nhiệt đã cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Công nghệ này sẽ được phát triển hơn nữa trong tương lai như thế nào để đáp ứng nhu cầu đang thay đổi?
