Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym

Prezentacja na temat: "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym"— Zapis prezentacji:

1 Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Segment nr 10 Nowoczesne pokrycia barierowe na krytyczne elementy silnika lotniczego dr hab. inż. Lucjan Swadźba prof. w Pol. Śl., dr hab. inż. Ryszard Filip prof. w Pol. Rz. Politechnika Rzeszowska, Politechnika Śląska, Politechnika Lubelska, Politechnika Warszawska, Uniwersytet Rzeszowski Rzeszów, Czewiec 2010

2 POWŁOKOWE BARIERY CIEPLNE TBC’s
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” POWŁOKOWE BARIERY CIEPLNE TBC’s Pojęciem TBCs (Thermal Barrier Coatings) określa się powłoki, które dzięki niskiej przewodności cieplnej stanowią barierę oddzielającą powierzchnię elementów od strumienia gorących gazów.

3 Zastosowanie programu do symulacji przepływów
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 1. POLITECHNIKA LUBELSKA Modelowanie fizyczne powłokowej bariery cieplnej z uwzględnieniem właściwości materiału i warunków pracy. Zastosowanie programu do symulacji przepływów Celem badań było wyznaczanie rozkładu temperatury w objętości łopatki silnika turbinowego. Rozważano dwa przypadki: 1.łopatka z pokryciem ceramicznym ochronnym TBC o typowym składzie ZrO2–8 wt% Y2O3 2. łopatka bez pokrycia TBC. Model umieszczony był w kanale stanowiącym wycinek wirnika przez który przepływał gaz spalinowy o temperaturze 1600 K.

4 Rozkład temperatury na powierzchni łopatki i pokrycia TBC
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 1cd. POLITECHNIKA LUBELSKA Modelowanie fizyczne powłokowej bariery cieplnej z uwzględnieniem właściwości materiału i warunków pracy. Rozkład temperatury na powierzchni łopatki i pokrycia TBC Łopatka z pokryciem Łopatka bez pokrycia Dla łopatki z wykonanym pokryciem główny przedział temperatur przypada na zakres 1325 – 1375 K i stanowi 48,5 %. W łopatce bez wykonanego pokrycia wspomniany zakres stanowi 22% zaś pozostałe udziały leżą w granicach 1375 – 1500 K. Jest to zarazem dowodem korzystnego wpływu powłoki ochronnej zabezpieczającej przed nadmiernym nagrzewaniem łopatki podczas pracy.

5 Dobór materiałów powłokowych,
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Cel: Opracowanie danych porównawczych właściwości fizycznych materiałów stosowanych obecnie (ZrO2xY2O3) na powłokowe bariery cieplne z nowymi materiałami ceramicznymi modyfikowanymi pierwiastkami ziem rzadkich, Dobór materiałów powłokowych, Opracowanie danych dotyczących właściwości fizycznych powłokowych barier cieplnych wytworzonych z nowych materiałów ceramicznych modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich. Cel naukowy: Wyjaśnienie mechanizmu oddziaływania pierwiastków ziem rzadkich na właściwości fizyczne powłokowych barier cieplnych

6 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich (Re=La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu.

7 Aparatura do badań przewodnictwa cieplnego NETZSCH LFA 427
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich (Re=La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Aparatura do badań przewodnictwa cieplnego NETZSCH LFA 427

8 Skład chemiczny proszków na bazie tlenku cyrkonu i cyrkonianu gadolinu
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Wyniki badań ciepła właściwego proszków 8YSZ i Gd2Zr2O7 Wyniki badań dyfuzyjności cieplnej proszków 8YSZ i Gd2Zr2O7 Wt.% Zr Gd Y Al Si Cu Ti S C ZrO2x8Y2O3 80,63 - 6,10 0,17 <0,10 <0,01 <0,067 0,004 0,018 Gd2Zr2O7 28,5 59,7 0,068 0,088 <0,005 0,002 0,006 Skład chemiczny proszków na bazie tlenku cyrkonu i cyrkonianu gadolinu

9 Wyniki badań kalorymetrycznych proszku 8YSZ
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Wyniki badań kalorymetrycznych proszku 8YSZ

10 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. 25°C 1400°C Wyniki badań składu fazowego proszków w stanie wyjściowym i po badaniach DSC

11 Wyniki badań kalorymetrycznych proszku Gd2Zr2O7
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Wyniki badań kalorymetrycznych proszku Gd2Zr2O7

12 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. 25°C 1400°C Wyniki badań składu fazowego proszków w stanie wyjściowym i po badaniach DSC

13 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Wyniki badań kalorymetrycznych mieszaniny proszków ZrO2xY2O3 i Gd2Zr2O7

14 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 4. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlorów modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich(La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu. Wyniki badań składu fazowego mieszaniny proszków ZrO2xY2O3 i Gd2Zr2O7 po badaniach DSC

15 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Cel: Opracowanie podstaw technologii wytwarzania powłokowych barier cieplnych TBC na wybranych stopach oraz elementach turbin gazowych z wykorzystaniem nowych powłokowych materiałów ceramicznych modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich. Cel naukowy: wyjaśnienie mechanizmu powstawania powłoki ceramicznej z wykorzystaniem systemu TRIPLEX wyjaśnienie wpływu parametrów natryskiwania na zjawiska zachodzące na granicy międzywarstwa – powłoka ceramiczna, wyjaśnienie mechanizmu oddziaływania pierwiastków ziem rzadkich w powłoce ceramicznej na jej strukturę i wybrane właściwości fizyczne (przyczepność, pękanie, radioaktywność).

16 Próby wytwarzania powłok TBC z zastosowaniem aparatury
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Próby wytwarzania powłok TBC z zastosowaniem aparatury TriplexPro – 200

17 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Aparatura do pomiaru rozkładu grubości powłok TBC oraz zmian geometrycznych metodą nieniszczacą – skaner 3D

18 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Modele elementów do testowania aparatury do nieniszczących badań rozkładu grubości powłok - modele 3D

19 Łopatka bez powłoki Łopatka z powłoką
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Łopatka bez powłoki Łopatka z powłoką Pomiar grubości powłok TBC wytworzonych otrzymanych metodą natryskiwania cieplnego na łopatkach kierujących

20 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Pomiar grubości powłoki TBC wytworzonej metodą natryskiwania cieplnego na łopatce kierującej

21 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 6cd. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie parametrów technologicznych procesu powłok TBC metodą natryskiwania cieplnego z zastosowaniem nowoczesnej aparatury TRIPLEX oraz materiałów ceramicznych. Pomiar grubości powłoki TBC wytworzonej metodą natryskiwania cieplnego na łopatce turbiny

22 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Parametry procesu w trakcie wytwarzania warstwy aluminidkowej modyfikowanej Hf Generator Hf Przygotowano linię technologiczną dla wytwarzania modyfikowanych powłok aluminidkowych zawierającą generator zewnętrzny dla wytwarzania MeClx. Przeprowadzono próby wytwarzania warstw aluminidkowych modyfikowanych Hf jako międzywarstw dla powłokowych barier cieplnych.

23 Inconel 713 LC Inconel 100 Mar M 247 CMSX 4
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Inconel 713 LC Inconel 100 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 9,79 17,59 27,38 2 9,2 20,5 29,70 3 15,1 15,68 30,78 4 17,78 17,8 35,58 Wartość średnia 12,9675 17,8925 30,86 Odchylenie standartowe 4,163263 1,982782 3,451608 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 9,96 18,5 28,46 2 8 20,93 28,93 3 12,81 15,65 4 10,28 20,5 30,78 Wartość średnia 10,2625 18,895 29,1575 Odchylenie standartowe 1,974882 2,408547 1,104125 Mar M 247 CMSX 4 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 14 10,6 24,60 2 9,92 12,2 22,12 3 10 11,5 21,50 4 10,11 11,86 21,97 Wartość średnia 11,0075 11,54 22,5475 Odchylenie standartowe 1,99652 0,688767 1,393589 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 9,2 20,0 29,2 2 6,6 19,9 26,5 3 7,6 20,2 27,8 4 7,2 22,3 29,5 Wartość średnia 7,65 20,6 28,25 Odchylenie standartowe 1,112055 1,140175 1,382027 Mikrostruktura i głębokość warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu z nadstopu niklu, m. Proces CVD prowadzony w temperaturze 1020 ºC i w czasie 6h przy ciśnieniu 150 hPa po modyfikowaniu hafnem

24 Inconel 100 Inconel 713 LC CMSX 4 Mar M 247
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Inconel 100 Inconel 713 LC Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 10,03 10,7 20,73 2 11,98 12,0 23,98 3 7,13 15,3 22,43 4 10 14,0 24,0 Wartość średnia 9,785 13 22,785 Odchylenie standartowe 1,997774 2,047763 1,554917 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 7,74 10,2 17,94 2 10,58 8,6 19,18 3 8,64 7,6 16,24 4 9,98 8,2 18,18 Wartość średnia 9,235 8,65 17,885 Odchylenie standartowe 1,284925 1,112055 1,221079 CMSX 4 Mar M 247 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 4,05 12,5 16,55 2 3,78 13,7 17,48 3 3,73 13,6 17,33 4 4,38 12,9 17,28 Wartość średnia 3,985 13,175 17,16 Odchylenie standartowe 0,298496 0,57373 0,415452 Numer pomiaru Strefa dyfuzyjna Strefa zewnętrzna Całkowita glębokość 1 9,42 9,5 19,65 2 16,83 8,99 18,41 3 10,15 4,52 21,35 4 10 10,5 20,5 Wartość średnia 11,6 8,3775 19,9775 Odchylenie standartowe 3,500848 2,647041 1,254469 Mikrostruktura i głębokość warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu z nadstopu niklu, m. Proces CVD prowadzony w temperaturze 1020 ºC i w czasie 3h przy ciśnieniu 150 hPa po modyfikowaniu hafnem

25 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, 1 2 3 Warstwa aluminidkowa wytworzona w procesie CVD (modyfikowana hafnem) (1020 ºC/3h) na podłożu Inconel 100

26 Rozmieszczenie pierwiastków w warstwie aluminidkowej
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Al Cr Hf Ni Mo Rozmieszczenie pierwiastków w warstwie aluminidkowej

27 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Warstwa aluminidkowa wytworzona w procesie CVD (modyfikowana hafnem) (1020 ºC/6h) na podłożu Inconel 713 LC

28 Rozmieszczenie pierwiastków w warstwie aluminidkowej
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Cr Hf Al Ni Mo Rozmieszczenie pierwiastków w warstwie aluminidkowej

29 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 11cd. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Wytworzenie modyfikowanych powłok aluminidkowych na łopatkach silnika lotniczego metodą CVD oraz ich przygotowanie do próby stanowiskowej silnika, Wnioski: Opracowany proces aluminidkowania z wykorzystaniem modyfikacji hafnem warstwy aluminidkowej pozwolił na uzyskanie warstwy w której zawartość Hf wynosiła do 2,4 oraz 2,93 % mas. (strefa przypowierzchniowa warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu stopu Inconel 100 oraz Inconel 713 LC ). Zawartości hafnu pozwalają przypuszczać o pozytywnym efekcie modyfikacji, co zostanie potwierdzone w przyszłych, planowanych badaniach mikrostruktury i właściwości warstw aluminidkowych modyfikowanych hafnem. W stosowanym obecnie, opracowanym w ramach prowadzonych badań, procesie technologicznym stosowano jako główny parametr wartość przepływu argonu i chloru w zewnętrznym reaktorze Hf o wielkości odpowiednio 2,5 l/min i 0,5 l/min.

30 określenie składu fazowego warstw (Bruker D8, XPS);
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, Cel: wytworzenie dyfuzyjnych warstw międzymetalicznych z układu Ti-Al na podłożu dwufazowego stopu tytanu Ti6Al4V; określenie składu fazowego warstw (Bruker D8, XPS); określenie składu chemicznego EDS (HITACHI 3500, SU 70); badanie żaroodporności badania odporności korozyjnej (AutoLab PGSTAT 100);

31 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, A) B) Morfologia - (A) oraz widmo XRD - (B) powierzchni warstwy wytworzonej w procesie CVD w temperaturze 700C na podłożu stopu Ti6Al4V

32 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, A) B) Morfologia powierzchni tytanu Ti6Al4V - (A) oraz widmo XRD - (B) po 24h utleniania w atmosferze powietrza w temperaturze 700C

33 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, A) B) Morfologia – (A) oraz widmo XRD – (B) warstwy wytworzonej w procesie CVD i 24h utleniania w atmosferze powietrza w temperaturze 700C na podłożu Ti6Al4V

34 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, A) B) Morfologia –(A) oraz widmo XRD –(B) warstwy wytworzonej w procesie CVD i dziesięciu cyklach 24h utleniania w atmosferze powietrza w temperaturze 700C na podłożu Ti6Al4V

35 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, Krzywe potencjodynamiczne warstw międzymetalicznych eksponowane w środowisku 0,1M H2SO4 i 0,1M Na2SO4 w porównaniu do materiału wyjściowego

36 Środowisko Materiał Ikor (µA/cm2) Ekor (mV) 0.1M H2SO4 Ti6Al4V 0.18
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, Środowisko Materiał Ikor (µA/cm2) Ekor (mV) 0.1M H2SO4 Ti6Al4V 0.18 -85 TiAl 8.1 -30 0.1M Na2SO4 0.025 -260 0.22 -50 Charakterystyczne wartości elektrochemiczne badanych materiałów (badania potencjodynamiczne)

37 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie 9cd. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania dyfuzyjnych warstw powierzchniowych zwiększających odporność stopów tytanu na korozję wysokotemperaturową w temperaturze ok. 750°C, Wnioski: W wyniku wysoko-aktywnego procesu aluminiowania w temperaturze 700 C stopu tytanu Ti6Al4V można uzyskać warstwę międzymetaliczną typu: TiAl2+TiAl+Ti3Al. Dyfuzyjny charakter warstwy zapewnia dobrą odporność na korozję wysokotemperaturową i odporność na szoki termiczne powstałe podczas nagrzewania i chłodzenia. Warstwy międzymetaliczne z układu TiAl, z uwagi na obecność związków aluminium nie powinny być stosowane w środowiskach mocno kwaśnych (poniżej pH=4).

38 Określenie charakteru pękania warstwy aluminidkowej.
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika Cel: Optymalizacja doboru obciążenia z uwagi na pozorny wzrost nano i mikrotwardości warstw aluminidkowych Określenie charakteru pękania warstwy aluminidkowej. Cel naukowy: Określenie wpływu parametrów procesu CVD (składu chemicznego, temperatury, czasu) na własności użytkowe (nanotwardość, mikrotwardość, odporność na odkształcenie, pękanie i adhezję) warstw aluminidkowych, Możliwości oceny właściwości adhezyjnych ze względu na charakter pękania poszczególnych stref warstwy aluminidkowej.

39 pomiary mikrotwardości metodą Vickers’a,
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika W ramach podzadania projektu przeprowadzono analizę literatury dotyczącej: wpływu parametrów wytwarzania warstw aluminidkowych metodą CVD na właściwości fizyczne, chemiczne, mechaniczne łopatek turbin silników; przemian fazowych zachodzących podczas wytwarzania i eksploatacji warstwy; metodyki badań odporności warstw wierzchnich na odkształcenie, pękanie i adhezję. Wykonano badania: pomiary mikrotwardości metodą Vickers’a, badania fraktograficzne SEM mikrostruktury przełomów poprzecznych warstw aluminidkowych wytworzonych w niskoaktywnym procesie CVD w temp oC, w czasie 8 h przy ciśnieniu 150 hPa na nadstopie Inconel 625.

40 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika Wpływ obciążenia na wartość mikrotwardości dla rdzenia i stref warstwy aluminidkowej wytworzonej na nadstopie Rene N5 [B.Ning, M.E. Stevenson, M.L. Weaver, R.C. Bradt, Surf. and Coat. Tech ,2003] (Knoopa, kolor czarny) i Inconel 625 (Vickersa, kolor niebieski) Przekrój poprzeczny warstwy aluminidkowej. Widoczne odciski Vickers’a wykonane dla obciążenia 20 g

41 Schemat łamania próbek oraz widok SEM powierzchni (β-NiAl)
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika Schemat łamania próbek oraz widok SEM powierzchni (β-NiAl)

42 Rys. 4. Mikrostruktura SEM przełomów
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika Rys. 4. Mikrostruktura SEM przełomów

43 Badanie rozkładu temperatury gorących części silnika
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Badanie rozkładu temperatury gorących części silnika Rozgrzana łopatka silnika Rys.1. Łopatka stacjonarnie –obraz z kamery termowizyjnej Rys. 2. Łopatka stacjonarnie –histogram Rys. 3. Łopatka stacjonarnie –profil temperaturowy Metoda termograficzna może być użyta jako precyzyjne narzędzie do bezinwazyjnych badań rozkładów pól temperaturowych łopatek silników odrzutowych.

44 UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Podzadanie. UNIWERSYTET RZESZOWSKI Badanie rozkładu parametrów powłok i warstw ochronnych dla gorących części silnika „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Wnioski: Mechanizm pękania jest zróżnicowany dla poszczególnych stref warstwy aluminidkowej. Strefę zewnętrzną warstwy aluminidkowej (β-NiAl) charakteryzuje przełom międzykrystaliczny z niewielkim udziałem przełomu tranaskrystalicznego w obrębie ziarna. Określając mikrotwardość warstw aluminidkowych należy uwzględnić optymalny dobór siły nacisku wgłębnika.

45 1. ECMM – 2010, Paryż, 16 – 21 May 2010, Francja
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” KONFERENCJE 1. ECMM – 2010, Paryż, 16 – 21 May 2010, Francja T. Sadowski: „Multiscale Modelling of Gradual Degradation in Al2O3/ZrO2 Ceramic Composites Under Compression” 2. DSL2010, Paryż, lipca 2010, Francja T.Sadowski, P.Golewski: „The analysis of processes of degradation thermal barrier coatings in conditions of exploitation” 3. ACE-X 2010, Paryż, lipca 2010, Francja M.Boniecki, Z.Librant, T.Sadowski, W.Wesołowski: „The thermal shock resistance and mechanical properties at elevated temperatures of transparent ceramics” 4. IWCMM’20 (International Workshop on Computational Mechanics of Materials) Loughborough, września 2010, W. Brytania T.Sadowski, P.Golewski: “The influence of quantity and the distribution of cooling channels of turbine blades on level of stresses in the protective layer TBC and the efficiency of cooling 5. DURACOSYS, Patras, września 2010, Grecja T.Sadowski, M.Boniecki, Z.Librant, S.Ataya: „Heat transfer and cracks propagation in monolithic oxide and FGM ceramics under non-symmetric thermal shock

46 WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane 1. G. Moskal, A. Rozmysłowska: “Cracks characterization of YSZ and RE zirconates thermal barrier coatings obtained by APS method”, Book of Abstracts, E-MRS, E-MRS 2009 Fall Meeting, Warsaw, Poland, September 2009, Book of Abstract, 148 2. G. Moskal: “Characterization of NiCoCrAlY powders and coatings obtained by plasma spraying for TBC applications”, E-MRS 2009 Fall Meeting, Warsaw, Poland, september 2009, Book of Abstract, 146 3. G. Moskal: “Wpływ metody wytwarzania na mikrostrukturę i właściwości proszków typu ZrO2xY2O3”, XXXVII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Krynica, 29.IX , 4. G. Moskal: „Microstructural characteristics and technological properties of YSZ-type powders designed for thermal spraying of TBC”, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 7 (2010) , 11th European Workshop on Modern Developments and Applications in Microbeam Analysis IOP  Publishing. 5. G. Moskal, A. Rozmysłowska, A. Gazda, M. Homa: „Wybrane termofizyczne właściwości proszków cyrkonianowych na bazie pierwiastków ziem rzadkich typu  RE2Zr2O7 (RE- Gd, La, Sm, Nd) przeznaczonych do natryskiwania cieplnego powłokowych warstw barierowych”, Prace Instytutu Odlewnictwa, 2009, t. XLIX, nr 4, s

47 WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane 6. G. Moskal: „Characteristics of selected thermal properties of 8YSZ type powders produced with different methods”, Europhysical Conference on Defects in Insulating Materials (EURODIM 2010). 7. G. Moskal: „Characteristics of selected thermal properties of the powders intended for plasma spraying of ceramic layers”, Europhysical Conference on Defects in Insulating Materials (EURODIM 2010). 8. G. Moskal, Lucjan Swadźba, Bartosz Witala: „Characteristics of Thermal Properties of Gd2Zr2O7 – ZrO2xY2O3 Powder Mixtures Intended for Deposition of Gradient Layers of TBC type”, 6th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids: Mass Transfer, Heat Transfer and Microstructure and Properties. 9. G. Moskal, Lucjan Swadźba, Marek Hetmańczyk, Bartosz Witala: „Characteristics of phenomena in RE2Zr2O7-Al2O3 type powders in high temperature annealing conditions”, 6th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids: Mass Transfer, Heat Transfer and Microstructure and Properties

48 WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” WSKAŹNIKI Publikacje zgłoszone i przygotowywane 7. T. Sadowski, P. Golewski: "Multidisciplinary analysis of the operational temperature increase of turbine blades in combustion engines by application of the ceramic thermal barrier coatings (TBC)", Comput. Mat. Sci. (2010) – zaakceptowany 8. T. Sadowski, L. Marsavina: "Multiscale Modelling of Two-phase Ceramic Matrix Composites" Comput. Mat. Sci. (2010) doi: /j.commatsci 9. K. Nakonieczny, T. Sadowski: Erratum: “Modelling of thermal shocks in composite materials using a meshfree FEM”, Comput. Mat. Sci. 44 (2009) ”, Comput. Mat. Sci. 47 (2010) 867 10. T.Sadowski, L.Marsavina: “Multiscale modelling of gradual degradation in Al2O3/ZrO2 ceramic composites under tension”, Mat. Sci. Forum, (2010) 11. M. Yavorska, J. Sieniawski, R. Filip, K. Krupa: „Wpływ mikrostruktury na właściwości mechaniczne warstwy aluminidkowej wytworzonej w procesie CVD na nadstopach niklu” – art. Przyjęty do czasopisma Inżynieria Materiałowa

49 WSKAŹNIKI Doktoraty Prace magisterskie Prace inżynierskie
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” WSKAŹNIKI Doktoraty M. Zawadzki: „Kształtowanie struktury oraz właściwości powłok żaroodpornych na elementach ze stopu niobu łączonego metodą spawania” - przygotowany do otwarcia, Politechnika Śląska, P. Golewski: „Modelowanie fizyczne powłokowej bariery cieplnej z uwzględnieniem właściwości materiału i warunków pracy oraz procesów degradacji”, Politechnika Lubelska Prace magisterskie A. Rozmysłowska: „Charakterystyka własności cieplnych warstw TBC” – w toku. W. Kroker:” Analiza mechanizmów degradacji warstw TBC”  – w toku M. Szewczyk: „Badania struktury powłok na wybranym stopie trudnotopliwym” - w toku T. Bieleń: ”Właściwości mechaniczne warstw aluminidkowych wytworzonych w procesie CVD na nadstopie Inconel 625”, Wydział Matematyczno Przyrodniczy UR Rzeszów, promotor dr Wojciech Bochnowski, planowana obrona – 2011 r. Prace inżynierskie A. Rozmysłowska: „Charakterystyka przewodnictwa cieplnego proszków ceramicznych typy YSZ i RE2Zr2O7 przeznaczonych do natryskiwania powłokowych barier cieplnych”.