چگونه می توان مشکل آنتی اکسیدانی تیغه های موتور هواپیما را در Ultra -} درجه حرارت بالا حل کرد؟

موتورهای هواپیما به عنوان "مروارید در تاج صنعتی" شناخته می شوند و عملکرد آنها به طور مستقیم محدودیت هواپیما را تعیین می کند. در میان آنها ، تیغه های توربین فشار بالا {1} بالا ، به عنوان یکی از مؤلفه هایی که دارای بالاترین دما و پیچیده ترین استرس است ، دارای فناوری مواد به عنوان مانع اصلی فناوری است. هنگامی که آلیاژهای دما {3- - مبتنی بر نیکل به 80 ٪ از نقطه ذوب خود نزدیک به 1200 درجه می رسند و قادر به ادامه کار نیستند ، چه کسی می تواند بنر نسل بعدی مواد درجه حرارت بالا {6} را شانه کند؟ پاسخ به نوع خاصی از فلز-} Niobium hafnium آلیاژ ، وC103 (NB-10HF-1TI)مدلی است که بیش از نیم قرن مورد آزمایش قرار گرفته است.

کارایی و هسته رانش موتور جت در دمای قبل از توربین قرار دارد. هرچه درجه حرارت بالاتر باشد ، راندمان بیشتر می شود. با این حال ، در Ultra - محیط های درجه حرارت بالا بالاتر از 1400 درجه ، مواد با دو شکارچی اصلی روبرو هستند:
1. کاهش سریع در قدرت درجه حرارت بالا {0}: این ماده تحت فشار قرار می گیرد و مانند شربت تحت استرس گریز از مرکز کشیده و تغییر شکل می یابد.
2. اکسیداسیون فاجعه بار: اکسیژن موجود در هوا مانند زنگ زدگی خوردگی خواهد شد ، اما با سرعت حیرت انگیز فلز را نفوذ و شکننده می کند و باعث خرابی فوری می شود.
آلیاژهای دما سنتی - در این محیط خسته شده اند. اگرچه مواد کامپوزیت مبتنی بر سرامیک از مقاومت اکسیداسیون عالی برخوردار هستند ، اما شکنندگی ذاتی آنها و هزینه زیاد کاربرد جامع آنها را محدود می کند. در این مرحله ، مردم توجه خود را به فلزات نسوز تبدیل کردند.

در میان چهار فلز نسوز تنگستن ، مولیبدن ، تانتالوم و نیوبیوم ، نیوبیوم با بهترین عملکرد جامع خود از هم پاشیده است:

• نقطه ذوب بالا (حدود 2468 درجه)، با یک پنجره دمای کار بسیار بیش از آلیاژهای مبتنی بر نیکل.
• چگالی کم (حدود 8.6 گرم در سانتی متر ³)، که فقط نیمی از تنگستن است ، کلید دستیابی به موفقیت در "نسبت فشار به وزن" است.
• چقرمگی دمای اتاق خوب و پردازشاز مشکل پایین بودن دما از تنگستن تنگستن و مولیبدن خودداری کنید.

با این حال ، نیوبیوم خالص از استحکام کافی و ظرفیت آنتی اکسیدانی بسیار ضعیف برخوردار نیست. این دقیقاً کجا استNiobium Hafnium Alloy C103عالی با اضافه کردن10 ٪ Hafnium (HF) و 1 ٪ تیتانیوم (TI)، C103 به تقویت هم افزایی کامل دست یافت:

• Hafnium (HF): این یک عنصر تقویت کننده راه حل جامد است که به طور قابل توجهی قدرت دما {{0} بالا را بهبود می بخشد و دمای تبلور مجدد آلیاژها را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. مهمتر از همه ، Hafnium می تواند یک لایه محافظ اکسیداسیون Anti - با پوشش های سیلیکون بعدی - ایجاد کند.
• تیتانیوم (TI): کمک های بیشتر در تقویت و بهبود عملکرد فرآیند.

در نتیجه ، C103 توانایی ساختاری را دارد که در محدوده دمای 1300-1500 درجه بارها را تحمل کند ، این یک مزیت است که سایر سیستم های مواد نمی توانند با آن مطابقت داشته باشند.

عدم جبران واقعی C103 در رابطه همزیستی کامل آن با سیستم های پوشش آنتی اکسیدانی منعکس شده است.
1. مطابقت کامل با پوشش سیلیکون- مبتنی بر
مقاومت اکسیداسیون C103 به خود متکی نیست ، بلکه به تهیه یک لایه ازروکشروی سطح (مانند Mosi ₂ ، Si cr Fe و غیره). این روکش یک فیلم SIO ₂ شیشه ای متراکم در دماهای بالا تشکیل می دهد ، که به طور موثری می تواند نفوذ اکسیژن را مسدود کند.
درعنصر Hafniumدر C103 در اینجا نقش مهمی ایفا می کند:

• چسبندگی پوشش را تقویت کنید: در رابط بین پوشش و بستر ، Hafnium می تواند یک لایه رابط مقاوم تر را تشکیل دهد ، به طور موثری استرس حرارتی ناشی از تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی و جلوگیری از لایه برداری از پوشش در طول چرخه سرما و گرم را کاهش می دهد.
• عملکرد فیلم محافظ را بهینه کنید: اکسید Hafnium می تواند در فیلم شیشه ای Sio inteed یکپارچه شود تا سیالیت و توانایی بهبودی خود- خود را بهبود بخشد ، این امکان را فراهم می کند تا پس از آسیب جزئی ، روکش را سریعاً بهبود بخشد.

این رابط پایدار و محکم بین بستر و پوشش توسط سایر آلیاژهای نیوبیوم یا فلزات نسوز بی نظیر است. می توان گفت کهC103 یک بستر ایده آل است که برای پوشش های درجه حرارت بالا- تنظیم شده است.
2. تعادل عملکرد در محیط های شدید
C103 در پیگیری Ultra -} بالا ، "نقطه تعادل" نادر را ارائه می دهد:

• در مقایسه با آلیاژ تنگستن: این مزیت چگالی زیادی دارد و نقطه درد اصلی کاهش وزن را برای قطعات چرخان حل می کند.
• در مقایسه با آلیاژهای مولیبدن: بدون - دماء دما ، پردازش بهتر و قابلیت اطمینان.
• در مقایسه با آلیاژهای Tantalum: چگالی پایین تر ، هزینه نسبتاً قابل کنترل و فناوری پوشش اکسیداسیون ضد- بالغ تر.

با وجود توسعه سریع مواد جدید مانند کامپوزیت های ماتریس سرامیک ، هنوز هم جایی برای بهبود وجود دارداستحکام ، چقرمگی ، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پردازشدر زمینه اجزای چرخشی بسیار خواستار مانند تیغه های توربین ، آلیاژ Niobium Hafnium C103 به دلیل قدرت ذاتی-}}} ، سازگاری بی نظیر با پوشش های اکسیداسیون ضد - و عملکرد جامع و عالی ، یک راه حل غیر قابل تعویض باقی مانده است.
این یک خرد کلاسیک در علم مواد را نشان می دهد: نه به جستجوی یک ماده "جهانی" ، بلکه ایجاد "تیم رویایی" که می تواند در محیط های شدید از طریق طراحی نفیس آلیاژ و فناوری پوشش با هم کار کند. تا زمانی که پیگیری بشریت از عملکرد موتور هواپیما بی پایان باشد ، C103 و خانواده آلیاژ Niobium {2} بعدی آن همچنان نقش اصلی غیر قابل تعویض در شعله های آتش Ultra {3} را بازی می کنند.