انرژی و نیروگاهی
روند توسعه در صنایع انرژی و نیروگاهی در سالهای اخیر به طور چشمگیری سریع بوده و تاکید بسیار زیادی بر روی تولید، تبدیل و توزیع انرژی های پاک و تجدید پذیر شده است. موتورهای توربین امروزی براساس استفاده از متریال هایی با سطح کارایی بالا، طراحی می شوند. پوشش های پاشش حرارتی برای افزایش طول عمر و بازده عملکردی به طور ویژه ای در این صنعت مورد توجه قرار گرفته اند. از متریال هایی مانند آلیاژهای آلومینیوم، چدن، فولادهای استحکام بالا، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای پایه نیکل و سوپر آلیاژها می توان در موتورهای توربین استفاده کرد.
در طی 20 سال گذشته شرکت پودرافشان با ارائه راهکارهای منحصر به فرد باعث توسعه کاربرد پوشش های پاشش حرارتی در صنایع نیروگاهی شده است. در این زمینه شرکت پودرافشان موفق به تدوین دانش فنی بازسازی محفظه احتراق توربین های گازی و تدوین دستورالعمل پوشش دهی پره های توربین گازی شده است.
bearing journals, bearing seals, stub shaft journals, labyrinth seals, blades, nozzles, tip seals, inlets and exhausts, and housings. نمونه ای از مواردی هستند که پوشش های پاشش حرارتی به روی آنها اعمال می شوند. پوشش های پاشش حرارتی قابلیت اجرا روی قطعات تازه ساخته شده یا تعمیری را دارند.
به طور کلی استفاده از پوشش های پاشش حرارتی در صنایع انرژی و نیروگاهی اهداف و مزایا مختلف را دنبال می کند که می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند:
- پوشش های مقاوم به سایش :
در سیستم توربین ها آرایه های مختلفی از مکانیزم های درگیری مکانیکی سطوح جامد رخ می دهد که باعث پروسه های سایش مثل Galling, Fretting, erosion, abrasion می شود. در قسمت های مختلف تاثیر سایش با تاثیر همزمان دمای بالا یا دمای پایین و اکسیداسیون و خوردگی به طور ویژه ای تقویت می شود و منجر به استهلاک و از بین رفتن قطعات می شود.
- پوشش های مقاوم به اکسیداسیون و خوردگی :
توربین ها ممکن است در مناطق و محیط های مختلف با شرایط آب و هوایی مختلف و خورنده مثل صحرا و بیابان با دمای بالا، سکوهای فراساحلی، مناطق مرطوب روستایی یا شهری واقع شوند. کل سیستم توربین در معرفی آب و هوای محیط و فرسایش در اثر تغییرات جوی هستند که این شرایط محیطی و تغییرات جوی باعث تغییر در شرایط تریبولیژیک سیستم می شوند. سطوح خارجی معمولاً توسط رنگ محاظفت می شوند. رنگ های پایه آلومینیوم و روی جهت حفاظت در برابر اکسیداسیون و خوردگی استفاده می شوند. قسمت کمپرسور در معرض هوای مکیده شده می باشد که ممکن است حامل مقادیر بیش از حد رطوبت و کلریدها باشد که بستگی به محل قرارگیری توربین دارد. توربین ها با گستره وسیعی از سوخت ها، از گازهای پاک گرفته تا سوخت های گرید پایین حاوی سولفور و وانادیوم کار می کنند.
پوشش های پایه نیکل یا پایه کبالت برای فراهم کردن مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون در توربین ها استفاده می شوند. پوشش های MCrAlY خواص عالی از خود نشان می دهند که این خواص می توانند مناسب شرایط و خواص مورد نیاز در توربین باشد. جهت افزایش استحکام چسبندگی پوشش های MCrAlY، این پوشش ها بعد از اعمال روی قطعه عملیات حرارتی می شوند که در این حالت با مکانیزم چسبندگی نفوذی، عملکرد و خواص پوشش به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. پوشش های مقاوم به اکسیداسیون و خوردگی می توانند روی قطعات مثل air inlets ، combustor liners ، injectors، turbine tip shoes and nozzles و exhusts اعمال می شوند.
- پوشش های سایش پذیر و آب بند:
به منظور حفظ کردن فاصله و لقی نوک تیغه های توربین لازم است پوشش های سایش پذیر روی engine turbine shrouds و compressor case اعمال شود. لقی و فاصله بین تیغه های متحرک توربین گازی و اجزاء ثابت در کمپرسور و قسمت های توربین موتور ، تاثیر بسیار زیادی روی بازده و مصرف سوخت توربین گازی دارد. به علاوه پوشش های سایش پذیر، مقاومت به سایش خوب در برابر shroud material و rubbing blades ارائه می دهند. آب بندهای توربین جهت تطبیق دادن نوک تیغه های سرعت بالا در زمان روشن شن با یک فضای کوچکتر در شرایط کارکرد در وضیعت پایدار طراحی می شوند.
- پوشش های سد حرارتی:
پوشش های سد حرارتی (TBC) اعمال شده به روش پلاسما اسپری به طور ویژه ای در قسمت های داغ توربین از جمله combustor liner (cans), transition ring, splash plate, fuel injector کاربرد دارند، این پوشش ها منجر به افزایش بازده حرارتی و کاهش دمای متریال پایه در تماس با حرارت، می شود که در نتیجه باعث افزایش طول عمر و به طور عمومی کاهش میزان خوردگی و اکسیداسیون می شوند. به طور معمول، لایه میانی (Bond Coat) بایستی در دمای بالا مقاومت به اکسیدکننده ها و آلاینده هایی داشته باشد که ممکن است از لایه بالایی (Top Coat) به لایه میانی نفوذ کنند. از پوشش های NiCr یا NiAl به عنوان لایه میانی (Bond Coat) استفاده می شود.
- پوشش های اعمال شده به منظور تعمیر، بازسازی و بازیابی ابعادی :
در برخی موارد نیاز است تا اجزاء ساییده شده، تخریب شده یا اجزاء دارای عدم انطباق ابعادی ، توسط build up اصلاح شوند. ضخامت پوشش مورد نیاز ممکن است مقادیر متفاوتی بین 75 میکرومتر تا 5/2 میلیمتر باشد و معمولاً نیاز به عملیات پرداخت نهایی جهت دستیابی ترانس های صحیح ابعادی و صافی سطح مورد نیاز دارند. به طور تجربی مشخص شده است که متریال که برای build up استفاده می شود بهتر است از جنس متریال پایه باشد. در صورت استفاده از متریال غیریکسان، خواص پوشش و متریال پایه بایستی از لحاظ انبساط حرارتی یکسان بوده و در برابر خوردگی های گالوانیک مقاوم باشند.