Секрет команды во главе с доктором Мария Барбоза из Фраунгоферовского института материаловедения и лучевой технологии IWS Dresden разработала технологию керамического теплозащитного экрана - порошка из стабилизированного иттрием оксида циркония (YSZ), который смешивают с водой до суспензии. С помощью этой смеси жидкого порошка можно быстро и недорого нанести покрытие на лопатки турбины и другие детали самолета.
«Распыляя суспензии вместо порошка, мы можем использовать материалы с очень мелкими частицами, которые ранее не подходили для этого. Мы ликвидируем разрыв между установленными процессами нанесения покрытий, у всех из которых есть свои преимущества и недостатки. В будущем также будет возможно обрабатывать новые композиции материалов », - подчеркивает д-р инженер IWS. Барбоза.
устойчивость
V-образные самолеты, как говорят, делают полет более устойчивым
На сегодняшний день для создания слоев теплоизоляции используются две технологические схемы: некоторые компании обрабатывают компоненты с помощью электронно-лучевых испарителей ("EB-PVD") в вакуумных камерах. Это создает очень качественные и долговечные слои. Но этот процесс дорог, особенно для покрытия очень крупных компонентов. Второй технологический путь - «Атмосферное плазменное напыление» (APS). Порошок расплавляется в плазменной струе и бросается на компонент. APS относительно недорог, потому что он не требует вакуумных камер. Но созданные таким образом защитные слои не очень устойчивы.
Мелкие порошки также можно правильно распылять
Исследователи из Фраунгофера разработали альтернативу: «распыление в суспензии YSZ»: в них используется тонкий керамический порошок из оксида циркония, стабилизированного иттрием. Зерна в нем имеют диаметр всего 1 мкм или даже меньше. Такие особенно мелкие порошки очень быстро слипаются при обычных способах обработки и блокируют шланги машины. Поэтому инженеры смешивают суспензию с водой или спиртом. Таким образом частицы становятся распыляемыми. Это создает экранирующий слой толщиной около 500 мкм. Поскольку для этого не требуется никакого вакуума, затраты остаются управляемыми. Кроме того, на крупные компоненты самолета также можно наносить покрытие с относительно высокой скоростью.
Авиационная турбина с покрытием может работать при более высоких температурах, чем агрегат без покрытия. Например, рабочая температура турбины может быть сравнительно дешево повышена примерно на 150 градусов с использованием решения, разработанного IWS. Это повышает их эффективность, делает их более долговечными и снижает усилие охлаждения. Суть в том, что расход топлива падает. «Окружающая среда также менее загрязнена, потому что топливо улучшается в улучшенных двигателях, что снижает потребление топлива и, следовательно, выделяет меньше загрязняющих веществ», - считает доктор. Барбоза а.
Летать
Студенты разрабатывают концепцию экологически чистого самолета
Чтобы понять еще одно преимущество новых покрытий двигателя, стоит вернуться в прошлое к 2010 году: когда извергся исландский вулкан Эйяфьятлайокудль, он парализовал воздушное движение в половине Европы. Помимо проблем с видимостью, вызванных взрывом вулканического пепла, авиакомпании также были обеспокоены возможным повреждением турбины. Потому что эта зола содержит, подобно не менее вредному летучему песку, так называемые кальций-магний-алюминий-силикаты (CMAS). Если этот материал плавится в незащищенной камере сгорания, это может привести к значительным повреждениям.
Жертвенный слой для защиты самолета после извержения вулкана
Высококачественный дополнительный слой, который не отслаивается, может помочь против этого повреждения. Процесс распыления суспензии, разработанный в IWS, также направлен на это. «Для этого приложения мы работаем с« Немецким аэрокосмическим центром »и TU Dresden», - сообщает доктор. Мария Барбоза. «Мы хотим вместе создать« жертвенный слой », чтобы пепел и песок не могли поразить саму лопасть турбины. В результате самолеты все еще должны безопасно достигать пункта назначения даже после извержения вулкана ».
Подсказка для семинара
Систематический семинар по подбору материала учит взаимосвязи между производством материала, структурой материала и полученными свойствами материала. Цель состоит в том, чтобы представить целостное представление о процессе выбора материала, начиная с создания профиля потребности, предварительного отбора до точного выбора и оценки риска.
Сделать твердый металл распыляемым в кобальтовой матрице
Процесс IWS также представляет большой интерес в полупроводниковой промышленности. Крупные фабрики микроэлектроники используют камеры плазменного травления, в частности, в производстве микросхем. В них агрессивные соединения фтора неоднократно атакуют стенки камеры. С помощью инновационных покрытий из Дрездена производители оборудования хотят в будущем лучше защитить внутреннюю часть машин от коррозии. «Мы отмечаем большой и растущий спрос со стороны промышленности на наш процесс - и это во многих отраслях», - подчеркивает инженер доктор. Мария Барбоза. «Теперь мы хотим открыть дополнительные варианты применения. Вместе с малыми и средними компаниями мы работаем над проектом IGF по изготовлению твердого металла, такого как карбид вольфрама, для распыления в матрице кобальта ».
Теперь команда внедрила новую технологию в производственную практику вместе со швейцарским заводом-изготовителем AMT.