工业燃气涡轮机使用的高压涡轮可磨耗涂层可以提高效率

现在所面临的状况：

受不断上升的燃料价格和日益严苛的减排法规驱使，工业燃气涡轮机制造商在提高效率方面正承受着前所未有的压力。即便是非常小的效率增加都会带来显著结果：全世界2500GW装机电力基地的效率只需提高1%，即可减少3亿公吨（6.6亿磅）二氧化碳排放，并节省1亿公吨（2.2亿磅）的矿物燃料。

可以实现这种效率提高的一个区域就是通过减小气体路径中转动和静止部件之间的间隙。在压缩机段，通过热喷涂可磨耗涂层进行间隙控制非常成功，并且广泛用于航空和工业燃气涡轮机。但是，在压缩机内使用的传统涂层无法耐抗涡轮的高温。

陶瓷材料非常适合用于热段间隙管理；但稳定氧化锆等标准陶瓷涂层应用会引起严重损坏，甚至会对cBN镶刃叶片的损坏。　　　

欧瑞康美科解决方案：

欧瑞康美科，IGT与航空压缩机应用中可磨耗解决方案的供应商，开发了一系列用于热段应用的陶瓷可磨耗材料。在欧瑞康美科的解决方案设计中，可磨耗涂层被镶刃叶片整齐剪切，在一些应用中，可用于与不镶刃叶片摩擦。经过测试和事实证明，这种可磨耗解决方案在涂覆于工作温度高达1150 °C（2100 °F）的1级HPT护罩上可使发动机总效率提高> 1 %。并且，这种涂层解决方案的抗腐蚀性在大修间隔期间可持续有效，继续展现其设计的功能。

此外，欧瑞康还提供全套解决方案包，包括材料和喷涂系统，或者为客户提供零件涂覆涂层的服务。我们还有材料技术专家，可针对具体需求提供咨询服务，以及非常接近实际使用条件的部件测试设备，可进行尖端速度、侵蚀速率和工作温度测试。

的涡轮机OEM已经在涡轮机生产中采用了欧瑞康美科的HPT可磨耗技术，并获得了非常满意的效果。这些解决方案成本效益非常高，并且在将其用于不镶刃叶片时，成本效益更高，因为无需进行费用高昂的镶刃处理。

可磨耗陶瓷密封材料由陶瓷基质、控制孔隙率的挥发相和提高可磨耗性的脱离剂组成。使用大气等离子喷涂工艺涂覆，以便控制孔隙率、耐腐蚀性和硬度。陶瓷涂层涂覆于可兼容的MCrAlY粘合层材料上。欧瑞康美科提供多种MCrAlY粘合层材料。

转子摩擦若无可磨耗涂层的发动机（案例A）发生摩擦，则可能发生叶片磨损和损坏。结果，气体通道间隙变得比设计间隙大。

而在带可磨耗涂层的发动机上（案例B）,叶片整齐切入可磨耗涂层。对叶片的磨损和损坏极小，气体通道间隙保持不变。由于可磨耗涂层控制间隙，热磨合间隙远远小于无可磨耗涂层，从而提高了效率。

欧瑞康美科陶瓷可磨耗材料：

欧瑞康美科用于高温HPT应用的陶瓷可磨耗材料系列在多种不同的摩擦条件下久经考验。事实证明，采用这种材料制备的涂层具有出色的可磨耗性能，使叶片磨损极小。涂层参数可进行调整，以控制孔隙率、硬度和抗腐蚀性（孔隙率越高，硬度和抗腐蚀性越低）。并且，还可以根据需要，通过涂覆后热处理轻松清除聚合物挥发相。这些产品的标准成分如下表所示。

使用欧瑞康高温耐磨试验装置对耐磨体系进行的部件测试：

使用我们的部件测试设备，欧瑞康美科可以验证在一定测试条件范围内正确的可磨耗性并生成磨损图，包括尖端速度、进给速率和温度。

试验台由转动的测试叶片（镶刃或不镶刃）和涂覆可磨耗体系的静止测试护罩段组成。对于每种试样，均对摩擦机制进行评估，并生成磨损图。

试验台参数范围：

n 叶片尖端速度：大值410 m/s（1345 ft/s）

n 进给速率：1－2000 μm/s（39－78740 μin/s）

n 护罩温度：20－1200 °C (68－2192 °F）

磨损图的生成：

尽管可以对发动机内摩擦作用的预期叶片尖端速度进行估计，但相应的进给速率大多数情况下未知。因此，一般筛选试验使用由五对不同叶尖速度/进给速度组成的标准磨损图。

与各种涂层微观结构相结合时，磨损图的结果便成为一种确定满足特殊设计要求的理想磨耗性能的强大工具。

良好的可磨耗性结果：

证实良好可磨耗性的摩擦，显示叶片切入可磨耗涂层的运动，叶片磨损极小或无磨损（注：叶片磨损以总进给深度的百分比表示）。

另一个典型的陶瓷可磨耗材料的磨损机理就是材料由叶片向陶瓷密封的材料转移。被转移的金属在陶瓷表面形成硬的氧化沉积物，由于金属尖端这时候摩擦致密的金属层，通常会妨碍可磨耗材料的整齐切削。

涂层孔隙率的影响：

在使用中，在抗腐蚀性和抗热冲击性方面，涂层性能是可磨耗性与耐久性之间的平衡。符合可磨耗性设计要求的涂层可进行抗腐蚀性测试。满足两者的涂层被视为可磨耗解决方案的合格候选涂层。

不同的孔隙率可通过调整喷涂参数，以受控、可重复的方式达到。从下图中可以看出，所有材料均为镶刃叶片的良好候选。Durabrade 2192还是不镶刃叶片的良好候选。

热性能：

由于这些涂层具有耐高温、优质陶瓷基质，因此具有本质良好的耐热性。但是，对于所有可磨耗涂层而言，必须涂覆较厚的陶瓷面层，以适应可能出现的入侵深度。面层厚度通常超过1 mm（0.04 in）。这对于护罩的隔热具有有利影响，但却不利于热循环寿命。通常，涂层厚度增加会使周期寿命显著减小。可通过提高孔隙率进行一定程度的均衡。研究表明，在极高温度条件下需要非常厚的涂层时，使用替代氧化锆稳定剂（如Durabrade 2192中的氧化镝）可使涂层的热冲击特性提高达4倍，尤其是在要求孔隙率大于25 %时。