優(yōu)化大氣等離子噴涂工藝-降低tbc(熱障涂層)生產(chǎn)成本

1、TBCcoatingcostreductionbyoptimizationoftheAtmosphericPlasmaSprayprocess優(yōu)化大氣等離子噴涂工藝，降低TBC（熱障涂層）生產(chǎn)成本S.MihmT.DudaBirrCHG.ThomasH.GrunerMgenwilCHB.DzurIlmenauDTheglobaleconomicgrowthhastriggeredadramaticincreaseinthedemfreso

2、urcesoverthelastfewyearsresultinginsteadypriceincreasesfenergyrawmaterials.Inthegasturbinemanufacturingsectprocessoptimizationsofcostintensiveproductionstepsinvolveaheightenedsavingspotentialfmthebasisfsecuringfuturecomp

3、etitiveadvantagesinthemarketeconomy.全球經(jīng)濟增長在過去的幾年中引發(fā)了對資源需求急劇增加，導(dǎo)致能源和原材料價格穩(wěn)步上漲。在燃氣輪機制造業(yè)，對成本密集的生產(chǎn)工藝優(yōu)化具有成本節(jié)約的潛力并能為企業(yè)在將來市場經(jīng)濟的競爭中打下堅實的基礎(chǔ)。Inthiscontexttheatmosphericplasmaspraying(APS)processfthermalbarriercoatings(TBC)hasbeeno

4、ptimized.AconstraintftheAPScoatingprocessoptimizationistheuseoftheexistingcoatingequipment.在這樣的大背景下，熱障涂層（TBC）的大氣等離子噴涂（APS）工藝得以改進優(yōu)化。而APS制備涂層工藝優(yōu)化的一個限制條件在于現(xiàn)有涂層設(shè)備的使用。Furthermethecurrentcoatingqualityacteristicsarenotallowedt

5、ochangeindertoavoidnewqualificationtesting.此外，為了避免重新申請資質(zhì)以及進行額外測試，還不能改變當前的涂層質(zhì)量和性能。Usingexperienceinatmosphericplasmasprayingempiricallygaineddatatheprocessoptimizationplanincludedthevariationofe.g.theplasmagascompositionf

6、lowratetheelectricalpowerthearrangementangleofthepowderinjectstotheplasmajetthegrainsizedistributionofthespraypowdertheplasmatchmovementprocedurelikespraydistanceoffsetiteration.Inparticularplasmaproperties(enthalpyveloc

7、itytemperature)powderinjectionconditions(injectionpointinjectionspeedgrainsizedistribution)aswellasthecoatinglamination(coatingpatternsprayingdistance)areexamined.Theoptimizedprocessresultingcoatingwascomparedtothecurren

8、tsituationbyseveraldiagnosticsmethods.在以往大氣等離子噴涂經(jīng)驗和日常獲取的寶貴數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，我們的工藝優(yōu)化計劃包括一系列的改變，如等離子氣體組成，流量；用電，布局及粉末注入等離子流的角度，粉末的粒徑分布、等離子槍的移動（如噴距、偏差以及重復(fù)性等）。特別是等離子性能（焓值、速度以及溫度），注粉條件（注粉點、注粉速度、粒徑分布），以及還有涂層（涂層形式，噴涂距離）等方面做了重點研究。我們將優(yōu)化后的工藝及其

9、所制備的涂層與當前普遍使用的幾種工藝采用不同的分析方法進行了對比。Theimprovedprocessprovidessignificantlylowercostsbyachievingtherequirementofcomparablecoatingquality.Furthermeacontributionwasmadetoabettercomprehensionoftheatmosphericplasmasprayingofcer

10、amicsamethodffutureprocessdevelopmentsInadditiontoensurecoatingqualitythemanufacturingcostsarememeinfocusofcurrentdevelopments.除涂層質(zhì)量外，制造成本也越來越成為了當前發(fā)展的焦點問題。TheproductionofpousYSZcoatingsisdonebyAtmosphericplasmaspraying(A

11、PS).Usingthistechnologytheplasmatchconstructionisonelimitingfactfprocessimprovements.Fexamplevoltagepowerfluctuationsinfluencetheparticlepropertiesnegatively[2][3][4].Theuseofcylindricalnozzledesignlimitsthepossibilityof

12、adjustingtheplasmaflow.Byseveralnewplasmatchconcepts(multielectrodecadehighpower[5][6][7][8])newacteristicsareachievedwhichcancontributetoareductioninmanufacturingcost.ThetraditionalsinglecathodeanodeplasmatchbasedonF4MC

13、60isthemostwidelyusedsystemfyears.Especiallyinturbinemanufacturingthissystemisusedfcoatingcomponentswithcomplexgeometriesaccdingtothistargetedproductextensivemanipulationsequencesoftheplasmatchisrequired.多孔YSZ涂層通過大氣等離子工藝

14、（APS）進行噴涂。而采用該項技術(shù)進行工藝改造的關(guān)鍵限制因素是等離子槍的設(shè)計制造。如電壓和電流的波動會影響到粉末顆粒的性能[2][3][4]。圓柱形噴嘴的使用限制了等離子流調(diào)整的可能性。通過采用一些新的設(shè)計理念（如多電極、串聯(lián)方式，大功率等[5][6][7][8]），等離子噴槍開發(fā)了一些新的性能，從而能達到降低生產(chǎn)成本的目的?；贔4MC60基礎(chǔ)上制造的傳統(tǒng)單陰陽極等離子噴槍系統(tǒng)已經(jīng)廣泛推廣并使用多年。特別是在輪機制造行業(yè)，該系統(tǒng)用于復(fù)

15、雜工件的噴涂，因為工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，等離子噴槍的安裝工序就更繁雜一些。FthecoatingprocessofturbinecomponentswithpousYSZcoatingaposityclassof15%themanufacturingcostsexcludingwearpartsfadepreciatedequipmentlikeF4withtypicalcoatingparametersareshowninFig.2.輪機部件

16、的YSZ多孔涂層噴涂工藝（孔隙率大于15%）的成本計算在圖12中做了圖示說明，采用典型參數(shù)進行噴涂，費用中不包含部件磨損和F4這樣的設(shè)備折舊費用。Fig.2.costallocationofAPSprocessfpousYSZcoatingexcludingwearpartsdepreciatedequipment圖2：采用APS工藝制備多孔YSZ涂層的成本計算圖，部件磨損及設(shè)備折舊費用不在計算范圍內(nèi)Plasmaparameterswi