Өндөр температурын хайлшийг дулааны бат бэхийн хайлш гэж нэрлэдэг. Матрицын бүтцийн дагуу материалыг төмөр дээр суурилсан никель дээр суурилсан болон хром дээр суурилсан гэсэн гурван ангилалд хувааж болно. Үйлдвэрлэлийн горимын дагуу хэв гажилттай супер хайлш болон цутгамал супер хайлш гэж хувааж болно.
Энэ нь сансар судлалын салбарт зайлшгүй шаардлагатай түүхий эд юм. Энэ нь сансар судлал болон нисэхийн үйлдвэрлэлийн хөдөлгүүрийн өндөр температурт тэсвэртэй хэсгийн гол материал юм. Үүнийг голчлон шаталтын камер, турбины ир, чиглүүлэгч ир, компрессор болон турбины диск, турбины хайрцаг болон бусад эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Үйлчилгээний температурын хүрээ нь 600 ℃ - 1200 ℃. Ашигласан эд ангиас хамааран стресс болон хүрээлэн буй орчны нөхцөл байдал харилцан адилгүй байдаг. Хайлшийн механик, физик, химийн шинж чанарт хатуу шаардлага тавьдаг. Энэ нь хөдөлгүүрийн гүйцэтгэл, найдвартай байдал, ашиглалтын хугацааг тодорхойлох хүчин зүйл юм. Тиймээс супер хайлш нь хөгжингүй орнуудын сансар судлал болон үндэсний батлан хамгаалах салбарын гол судалгааны төслүүдийн нэг юм.
Супер хайлшийн үндсэн хэрэглээ нь:
1. Шаталтын камерт зориулсан өндөр температурт хайлш
Нисэхийн турбин хөдөлгүүрийн шаталтын камер (мөн дөлний хоолой гэгддэг) нь өндөр температурын гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм. Шаталтын камерт түлшний атомжуулалт, тос, хийн холилдолт болон бусад процессууд явагддаг тул шаталтын камер дахь хамгийн их температур 1500 ℃ - 2000 ℃ хүрч, шаталтын камер дахь ханын температур 1100 ℃ хүрч болно. Үүний зэрэгцээ дулааны стресс болон хийн стрессийг тэсвэрлэдэг. Өндөр түлхэлт/жингийн харьцаатай ихэнх хөдөлгүүрүүд богино урттай, өндөр дулаан багтаамжтай цагираг хэлбэрийн шаталтын камер ашигладаг. Шаталтын камер дахь хамгийн их температур 2000 ℃ хүрч, хийн хальс эсвэл уураар хөргөсний дараа ханын температур 1150 ℃ хүрдэг. Төрөл бүрийн хэсгүүдийн хоорондох температурын градиент их байх нь дулааны стресс үүсгэдэг бөгөөд ажлын төлөв өөрчлөгдөхөд огцом өсч, буурдаг. Материал нь дулааны цочрол болон дулааны ядаргааны ачаалалд өртөж, гажуудал, хагарал болон бусад гэмтэл үүснэ. Ерөнхийдөө шаталтын камер нь хуудас хайлшаар хийгдсэн бөгөөд техникийн шаардлагыг тодорхой эд ангиудын ашиглалтын нөхцлийн дагуу дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэсэн болно: өндөр температурт хайлш болон хий ашиглах нөхцөлд тодорхой исэлдэлт болон хийн зэврэлтэд тэсвэртэй; тодорхой агшин зуурын болон тэсвэрлэх чадвар, дулааны ядралын гүйцэтгэл, бага тэлэлтийн коэффициенттэй; боловсруулалт, хэлбэржүүлэлт, холболтыг хангах хангалттай уян хатан чанар болон гагнуурын чадвартай; ашиглалтын хугацаанд найдвартай ажиллагааг хангахын тулд дулааны мөчлөгийн үед сайн зохион байгуулалттай тогтвортой байдалтай.
а. MA956 хайлшин сүвэрхэг ламинат
Эхний шатанд сүвэрхэг ламинатыг HS-188 хайлшийн хуудаснаас зураг авч, сийлж, ховилж, цоолсны дараа диффузийн холболтоор хийсэн. Дотор давхаргыг дизайны шаардлагын дагуу хамгийн тохиромжтой хөргөлтийн суваг болгон хийж болно. Энэхүү бүтцийн хөргөлтөд уламжлалт хальсан хөргөлтийн хөргөлтийн хийн ердөө 30% шаардлагатай бөгөөд энэ нь хөдөлгүүрийн дулааны мөчлөгийн үр ашгийг сайжруулж, шаталтын камерын материалын бодит дулаан дамжуулах чадварыг бууруулж, жинг бууруулж, түлхэлтийн жингийн харьцааг нэмэгдүүлэх боломжтой. Одоогийн байдлаар практик хэрэглээнд оруулахаасаа өмнө гол технологийг эвдэх шаардлагатай хэвээр байна. MA956-аар хийсэн сүвэрхэг ламинат нь АНУ-ын нэвтрүүлсэн шаталтын камерын шинэ үеийн материал бөгөөд 1300 ℃-д ашиглах боломжтой.
б. Шаталтын камерт керамик композит хэрэглэх
АНУ 1971 оноос хойш хийн турбинд керамик ашиглах боломжтой эсэхийг шалгаж эхэлсэн. 1983 онд АНУ-д дэвшилтэт материалын хөгжүүлэлтэд оролцсон зарим бүлгүүд дэвшилтэт нисэх онгоцонд ашигладаг хийн турбины хэд хэдэн гүйцэтгэлийн үзүүлэлтийг боловсруулсан. Эдгээр үзүүлэлтүүд нь: турбины оролтын температурыг 2200 ℃ хүртэл нэмэгдүүлэх; Химийн тооцооллын шаталтын төлөвт ажиллах; Эдгээр хэсгүүдэд хэрэглэсэн нягтралыг 8г/см3-аас 5г/см3 хүртэл бууруулах; Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хөргөлтийг зогсоох. Эдгээр шаардлагыг хангахын тулд судлагдсан материалуудад нэг фазын керамикаас гадна бал чулуу, металл матриц, керамик матрицын нийлмэл материал болон металл хоорондын нэгдлүүд багтсан болно. Керамик матрицын нийлмэл материал (CMC) нь дараах давуу талуудтай:
Керамик материалын тэлэлтийн коэффициент нь никель суурьтай хайлшаас хамаагүй бага бөгөөд бүрхүүл нь хуулахад хялбар байдаг. Завсрын металл эсгий ашиглан керамик нийлмэл материал хийх нь шаталтын камерын материалын хөгжлийн чиглэл болох хальслах согогийг даван туулж чадна. Энэ материалыг 10% - 20% хөргөлтийн агаартай хамт ашиглаж болох бөгөөд металл арын дулаалгын температур нь ердөө 800 ℃ орчим бөгөөд дулаан дамжуулах температур нь ялгаатай хөргөлт болон хальсан хөргөлтөөс хамаагүй бага байдаг. Цутгамал супер хайлш B1900+керамик бүрхүүлийн хамгаалалтын хавтанг V2500 хөдөлгүүрт ашигладаг бөгөөд хөгжлийн чиглэл нь B1900 (керамик бүрхүүлтэй) хавтанг SiC суурьтай нийлмэл эсвэл исэлдэлтийн эсрэг C/C нийлмэлээр солих явдал юм. Керамик матриц нийлмэл материал нь хөдөлгүүрийн шаталтын камерын хөгжлийн материал бөгөөд түлхэлтийн жингийн харьцаа нь 15-20 бөгөөд ашиглалтын температур нь 1538 ℃ - 1650 ℃ юм. Үүнийг дөлний хоолой, хөвөгч хана, шатаагчинд ашигладаг.
2. Турбины өндөр температурт зориулсан хайлш
Аэро хөдөлгүүрийн турбины ир нь агаарын хөдөлгүүрт хамгийн хүнд температурын ачаалал болон хамгийн муу ажлын орчныг даах эд ангиудын нэг юм. Энэ нь өндөр температурт маш их, нарийн төвөгтэй ачааллыг тэсвэрлэх ёстой тул материалын шаардлага маш хатуу байдаг. Аэро хөдөлгүүрийн турбины ирний супер хайлшийг дараахь байдлаар хуваадаг.
a. Гарын авлагад зориулсан өндөр температурын хайлш
Дефлектор нь турбины хөдөлгүүрийн дулаанд хамгийн их өртдөг хэсгүүдийн нэг юм. Шаталтын камерт жигд бус шаталт үүсэх үед эхний шатны чиглүүлэгч сэнсний халаалтын ачаалал их байдаг нь чиглүүлэгч сэнсний эвдрэлийн гол шалтгаан болдог. Түүний ашиглалтын температур нь турбины ирнээс 100 ℃ орчим өндөр байдаг. Ялгаа нь статик хэсгүүд нь механик ачаалалд өртдөггүй. Ихэвчлэн температурын огцом өөрчлөлтөөс болж дулааны стресс, гажуудал, дулааны ядаргааны хагарал, орон нутгийн түлэгдэлт үүсэхэд хялбар байдаг. Чиглүүлэгч сэнсний хайлш нь дараах шинж чанаруудтай байх ёстой: хангалттай өндөр температурын бат бэх, байнгын мөлхөх чадвар болон сайн дулааны ядаргааны үзүүлэлт, өндөр исэлдэлт ба дулааны зэврэлтийн үзүүлэлт, дулааны стресс ба чичиргээний эсэргүүцэл, нугалах деформацийн чадвар, цутгах процессын сайн хэвний гүйцэтгэл ба гагнуурын чанар, бүрхүүл хамгаалах үзүүлэлт.
Одоогийн байдлаар өндөр түлхэлт/жингийн харьцаатай ихэнх дэвшилтэт хөдөлгүүрүүд нь хөндий цутгамал ир ашигладаг бөгөөд чиглэлтэй болон дан талст никель дээр суурилсан супер хайлшийг сонгодог. Өндөр түлхэлт-жингийн харьцаатай хөдөлгүүр нь 1650 ℃ - 1930 ℃ өндөр температуртай бөгөөд дулаан тусгаарлагч бүрхүүлээр хамгаалах шаардлагатай. Хөргөлт болон бүрхүүлийн хамгаалалтын нөхцөлд ирний хайлшийн ашиглалтын температур 1100 ℃-ээс дээш байгаа нь ирээдүйд чиглүүлэгч ирний материалын температурын нягтралын өртөгт шинэ, өндөр шаардлага тавьж байна.
б. Турбины ирний супер хайлш
Турбины ир нь нисэх онгоцны хөдөлгүүрийн гол дулаан дамжуулагч эргэлдэгч хэсгүүд юм. Тэдгээрийн ажиллах температур нь чиглүүлэгч ирнээс 50 ℃ - 100 ℃ бага байдаг. Эргэхэд төвөөс зугтах стресс, чичиргээний стресс, дулааны стресс, агаарын урсгалын үрэлт болон бусад нөлөөллийг их хэмжээгээр тэсвэрлэдэг бөгөөд ажиллах нөхцөл муу байдаг. Өндөр түлхэлт/жингийн харьцаатай хөдөлгүүрийн халуун төгсгөлийн эд ангиудын ашиглалтын хугацаа 2000 цагаас дээш байдаг. Тиймээс турбины ирний хайлш нь ашиглалтын температурт өндөр мөлхөх эсэргүүцэл ба хагарлын бат бэх, өндөр ба бага мөчлөгийн ядаргаа, хүйтэн ба халуун ядаргаа, хангалттай уян хатан чанар ба цохилтын бат бөх чанар, ховилын мэдрэмж зэрэг сайн өндөр ба дунд температурын цогц шинж чанартай байх ёстой; өндөр исэлдэлт ба зэврэлтэд тэсвэртэй; сайн дулаан дамжуулалт ба шугаман тэлэлтийн бага коэффициент; сайн цутгах процессын гүйцэтгэл; урт хугацааны бүтцийн тогтвортой байдал, ашиглалтын температурт TCP фазын тунадасжилт байхгүй. Хэрэглэсэн хайлш нь дөрвөн үе шаттайгаар дамждаг; хэв гажилттай хайлшийн хэрэглээнд GH4033, GH4143, GH4118 гэх мэт орно. Цутгах хайлшийн хэрэглээнд K403, K417, K418, K405, чиглэлтэй хатуурсан алт DZ4, DZ22, дан талст хайлш DD3, DD8, PW1484 гэх мэт орно. Одоогийн байдлаар энэ нь дан талст хайлшийн гурав дахь үе хүртэл хөгжсөн. Хятадын дан талст хайлш DD3 болон DD8 нь тус тус Хятадын турбин, турбо сэнсний хөдөлгүүр, нисдэг тэрэг болон хөлөг онгоцны хөдөлгүүрт ашиглагддаг.
3. Турбины дискэнд зориулсан өндөр температурт хайлш
Турбины диск нь турбины хөдөлгүүрийн хамгийн их ачаалалтай эргэлддэг холхивчийн хэсэг юм. 8 ба 10 түлхэлтийн жингийн харьцаатай хөдөлгүүрийн дугуйны фланцын ажиллах температур нь 650 ℃ ба 750 ℃ хүрдэг бөгөөд дугуйны төвийн температур нь 300 ℃ орчим бөгөөд температурын зөрүү их байдаг. Хэвийн эргэлтийн үед ирийг өндөр хурдаар эргүүлж, хамгийн их төвөөс зугтах хүч, дулааны стресс болон чичиргээний стрессийг даана. Эхлэх, зогсоох бүр нь цикл, дугуйны төв юм. Хоолой, ховилын ёроол болон обуд нь бүгд өөр өөр нийлмэл стрессийг даана. Хайлш нь хамгийн өндөр урсалтын бат бэх, цохилтын бат бөх, үйлчилгээний температурт ховил мэдрэмтгий бус байх шаардлагатай; Шугаман тэлэлтийн коэффициент бага; Исэлдэлт ба зэврэлтэд тэсвэртэй; Сайн зүсэх гүйцэтгэлтэй.
4. Агаарын тээврийн супер хайлш
Шингэн пуужингийн хөдөлгүүрт агуулагдах супер хайлшийг түлхэлтийн камерт шаталтын камерын түлш шахах самбар болгон ашигладаг; Турбины насосны тохой, фланц, бал чулуун жолооны бэхэлгээ гэх мэт. Шингэн пуужингийн хөдөлгүүрт агуулагдах өндөр температурт хайлшийг түлхэлтийн камерт агуулагдах самбар болгон ашигладаг; Турбины насосны тохой, фланц, бал чулуун жолооны бэхэлгээ гэх мэт. GH4169 нь турбины ротор, босоо ам, босоо амны ханцуй, бэхэлгээ болон бусад чухал холхивчийн эд ангиудын материал болгон ашигладаг.
Америкийн шингэн пуужингийн хөдөлгүүрийн турбины роторын материалд голчлон оролтын хоолой, турбины ир, диск орно. GH1131 хайлшийг Хятадад ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд турбины ир нь ажлын температураас хамаардаг. Inconel x, Alloy713c, Astroloy болон Mar-M246-г дараалан ашиглах ёстой; Дугуйны дискний материалд Inconel 718, Waspaloy гэх мэт орно. GH4169 болон GH4141 интеграл турбинуудыг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд GH2038A нь хөдөлгүүрийн голд ашиглагддаг.