Керамические покрытия являются зрелой технологией в аэрокосмическом секторе благодаря тандемным улучшениям как материалов, так и возможностей обработки. Техническую керамику теперь можно наносить в виде однородного покрытия, дополняющего основную подложку. Эти керамические покрытия, напыленные плазмой, могут значительно улучшить производительность и долговечность деталей.
Зачем использовать керамические покрытия в авиации?
Инженеры выбирают специальные керамические покрытия, чтобы добавить термодинамическую/химическую функциональность недрагоценным металлам, которые используются в сложных условиях. Их обычно выбирают для повышения устойчивости к коррозии, температуре и износу форсажных камер, лопаток, камер сгорания, направляющих сопел, переходных каналов и т. д. Задача здесь с точки зрения обработки состоит в том, как равномерно покрыть базовые детали керамикой с высокой температурой плавления. Плазменное напыление предлагает уникальное решение этой проблемы.
Основы плазменного напыления
Плазменное напыление — это прецизионный метод нанесения практически безграничного диапазона материалов на подходящие заготовки. Он предполагает использование сложного оборудования, включающего плазменную горелку и порошковый инжектор для нагрева частиц сырья и направления высокоскоростного потока на относительно холодную подложку. Этот нагретый поток керамических или металлических частиц быстро охлаждается и осаждается на заготовке, образуя покрытие.
Основным преимуществом плазменного напыления является его способность наносить материалы с чрезвычайно высокими температурами плавления, такие как диоксид циркония (2715°C).
Практический пример: плазменное напыление диоксида циркония
Цирконий, стабилизированный иттрием, или оксид циркония (YSZ) является идеальным материалом для термобарьерных покрытий благодаря своей низкой теплопроводности. Проблема, как уже упоминалось, заключается в том, что температура плавления диоксида циркония препятствует осаждению с помощью большинства процессов термического напыления. Плазменное напыление обеспечивает достаточную тепловую энергию для расплавления всех материалов с достаточно низким тепловым потоком на заготовке.
В типичном устройстве плазменного напыления используется одна пара электродов для ионизации инертного газа (аргона, азота и т. д.), который проходит через суженное сопло.
Затем порошок циркония подается через линию подачи в расширенный плазменный шлейф, который одновременно нагревает частицы до точки плавления и направляет брызги расплава на заготовку. В результате получается высокоэффективное термобарьерное покрытие, которое может уменьшить распространение тепла от тяжелых рабочих сред к основному металлу.