Témata
Reklama

Technologie žárového nástřiku v leteckém průmyslu

Technologie žárového nástřiku patří mezi progresivní technologie povrchových úprav, které umožňují vytvářet funkční povrchy se specifickými vlastnostmi. Vzhledem k jejich flexibilitě a technologickým možnostem postupně vytlačily galvanické procesy jako hlavní způsob povrchových úprav pro novovýrobu i renovace leteckých turbínových motorů, ale také draků letadel, zejména podvozkových částí.

Rozvoj technologií žárového nástřiku a zvýšené požadavky na konstrukci a provozní spolehlivost leteckých turbínových motorů vedly v posledním období k mohutnému využití nástřiků na celou řadu exponovaných dílů. Zejména technologie plazmového nástřiku a technologie vysokorychlostního nástřiku plamenem se v provozu osvědčily do takové míry, že dnes patří k nejdůležitějším technologiím povrchových úprav a nelze si představit novovýrobu a renovace turbínových motorů novější generace (po roce 1970) bez jejich intenzivního využití.
V leteckém průmyslu jsou používány následující technologie žárového nástřiku:
Plazmový nástřik
Výhodami této technologie jsou její flexibilita a výborné výsledné vlastnosti povlaků. Dále pak pro tuto technologii hovoří nejmenší tepelné ovlivnění substrátu. Nepříznivá je značná technologická náročnost a vysoká cena.
Vysokorychlostní nástřik plamenem
Přednostmi jsou lepší vlastnosti kovů a karbidů než u plazmového nástřiku a vyšší produktivita. Nevýhodou jsou tepelné ovlivnění základního materiálu a vysoká cena.
Nástřik plamenem
Tato technologie je jednoduchá a méně cenově náročná, povlak má však o něco horší vlastnosti.
Nástřik elektrickým obloukem
Pro tuto technologii hovoří její nízké provozní náklady, jednoduchost a nízká cena.
Reklama
Reklama
Reklama

Typy povlaků a jejich aplikace

Nejčastěji se vyskytující stříkané vrstvy lze zařadit do několika charakteristických skupin. Pro každou z těchto skupin povlaků existují typické aplikace, rovněž zvolená technologie nástřiku je ustálená. Stříkané vrstvy lze tedy rozdělit do následujících skupin:
Povlaky odolávající opotřebení
V poslední době se tyto povlaky uplatňují jako náhrady tvrdochromu, používají se pro renovaci úložných prostorů ložisek nebo všude tam, kde je výhodou vysoká tvrdost povlaku a odolnost proti abrazi, erozi, adhezi i kavitaci. Tyto povlaky lze dále rozdělit na:
  • Karbidické povlaky typu Cr3C2 - odolávají vysokoteplotnímu opotřebení nad 500 °C, používají se na vnější části spalovacích komor, vystavené kontaktnímu namáhání, popř. erozi, lze je aplikovat plazmou nebo HVOF (výhodnější).
  • Kovokeramické povlaky (cermety) typu WC-Co - odolávají opotřebení, vhodné pro nejrůznější pouzdra pro uložení ložisek na hřídelích rotorů, popř. hřídelí vrtulníkových reduktorů, vhodné pro nárazníky kompresorových lopatek atd., nástřik se provádí dnes již téměř výhradně technologií HVOF.
  • Keramické povlaky, nejčastěji Cr2O3 (kluzné dvojice).
  • Povlaky ze speciálních slitin na bázi vysokolegovaných ocelí, Ni a Co-slitin, které mají velmi široké použití a lze je nanášet plazmou, HVOF technologií i elektrickým obloukem.
  • Povlaky odolávající korozi a oxidaci
    Jejich využití spočívá v nanášení materiálů s vysokou korozní odolností pro dané prostředí na materiál součástí s menší odolností, což sleduje ekonomické úspory (není nutno použít drahý materiál na celou součást) nebo další zvýšení funkčních parametrů, umožňující použití součástí za vyšších teplot. Do této skupiny patří tyto povlaky:
  • Dvoustupňové povlaky typu TBC (thermal barrier coatings), složené z vazné vrstvy typu MCrAlY (NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoCrAlY) pro zvýšení odolnosti proti vysokoteplotní korozi, která zajišťuje výbornou přilnavost k substrátu, a keramické vrstvy ZrO2 + 8%Y2O3, která působí jako tepelná a difuzní bariéra - vhodné pro lopatky turbín, spalovací komory, plamence, difuzory, součásti výstupního systému, klapky trysek - tyto vrstvy se nanáší výhradně plazmovým nástřikem.
  • Speciální slitiny na bázi Ni a Co zvyšující odolnost proti korozi v prostředí spalin s obsahem Na2SO4 a V2O5 - nástřik elektrickým obloukem, HVOF a plazmou.
  • Slitiny Cu a Al pro zvýšení odolnosti proti elektrochemické korozi (voda, mořská voda, chemická činidla) a atmosférické korozi, nástřik elektrickým obloukem a plazmou.
  • Těsnicí povlaky
    Pro utěsnění rotujících částí turbínových motorů, kompresorů, dmychadel, turbín a jiných rotačních zařízení, zvyšující termodynamickou účinnost motoru. Jedná se o tzv. obrusitelné výstelky (abradable sealings). Do této skupiny patří hlavně:
  • obrusitelné nikl-grafitové výstelky do teplot 480 °C (výjimečně až 815 °C) pro použití na kompresorových částech (labyrinty);
  • výstelky typu AlSi + polyester, popř. Al-bronz + polyester do 650 °C (kompresory);
  • vysokoteplotní výstelky na bázi NiCoCrAlY + polyester + bornitrid do 700 °C pro utěsnění částí turbín.
  • V posledním období došlo v oblasti využití žárového nástřiku v leteckém průmyslu k určitému posunu a změnám, které reflektovaly technický vývoj v oblasti turbínových motorů a také technologií žárového nástřiku. Zároveň došlo k nárůstu celkového počtu aplikací. Výrazně se prosazují zejména následující trendy:
  • Téměř úplné nahrazení technologií VPS a LPPS (vakuový plazmový nástřik) pro vytváření TBC vrstev na listech pracovních a rozváděcích lopatek turbín technologií EB-PVD (electron-beam physical vapour deposition).
  • Prudký rozvoj technologie vysokorychlostního nástřiku HVOF a jeho využití pro nástřik cermetů na bázi karbidů (WC-Co, Cr3C2-NiCr), kde lze dosáhnout lepších vlastností než u plazmy - v oblasti všeobecného strojírenství tato technologie již zcela vytlačila u nástřiku tohoto typu materiálů plazmový nástřik, v leteckém průmyslu postupuje náhrada z důvodu určitého konzervativismu pomaleji.
  • Renesance nástřiku elektrickým obloukem a zvýšené využití této technologie tam, kde není bezpodmínečně nutné použít plazmu a HVOF, což přináší výrazné finanční úspory.
  • Problematika nástřiku obrusitelných výstelek

    Požadavek na nástřik obrusitelných výstelek v LOM Praha, s. p., je dán původní ruskou dokumentací, kde je používán při generálních opravách plamenný a později také plazmový nástřik vrstev označovaných jako 20B spolu s vaznou vrstvou na bázi Ni 20Al. Tyto obrusitelné výstelky na bázi nikl - měď - bornitrid (Ni 20Cu 20BN 10C 8,5SiO2) s komplikovaným složením a přípravou prášku slouží k utěsňování labyrintů a částí turbíny. Dalším typem výstelky je hmota označovaná jako KNA (Ni-Si 13BN 1Al 1C), která se používá mimo jiné na utěsňování kompresorů. V podmínkách LOM byla provedena náhrada těchto povlaků standardními typy povlaků firmy Metco, neboť ruská technologie předpokládala výrobu prášků přímo v místě nástřiku a tento způsob přípravy prášků není schopen zaručit jakost a reprodukovatelnost žárových nástřiků.
    Nástřik "tvrdých" obrusitelných výstelek je v současné době prezentován nástřikem prášků Metco 301NS (Ni14Cr8Fe5,5Bornitrid3,5Al), resp. Metco 307NS (Ni 25 Grafit) v kombinaci s nástřikem vazné mezivrstvy z materiálu Metco 443NS (NiCr-6Al). Z hlediska použití jednoznačně dominují vrstvy na bázi nikl-grafitu, tj. Metco 307NS. Tyto vrstvy jsou používány na utěsňování částí v turbínovém prostoru a zvyšování termodynamické účinnosti motoru (labyrinty, tělesa utěsnění), ale také u labyrintů vysokotlakých kompresorů. Maximální pracovní teplota vrstev Metco 301NS a Metco 307NS je až 815 °C, resp. 480 °C. Vazná mezivrstva zaručuje svou vynikající přilnavostí k substrátu dokonalou adhezi nikl-grafitových a nikl-chrom-bornitridových těsnicích vrstev. Zpravidla se nanáší kolem 0,1 až 0,2 mm vazné vrstvy a následně cca 2 mm nikl-grafitové výstelky s přídavkem na opracování.
    Aplikace těchto vrstev technologií plamenného nástřiku vede v současné době k uspokojivým vlastnostem povlaků, s touto technologií jsou dlouholeté dobré zkušenosti. Přesto může nástřik plazmou přinést podstatné zlepšení, zejména ve spojení s vyšší životností povlaku, což je zajímavé ve spojení s prodlužováním meziopravních technických resursů. Z tohoto důvodu byl zkoušen plazmový nástřik vrstvy Metco 307NS na pouzdro labyrintu vysokotlakého kompresoru motoru AI-25TL s cílem ověřit technologii plazmového nástřiku těchto vrstev na konkrétním díle. Technologie nástřiku nikl-grafitových vrstev plazmovou technologií je však spojena s určitou mírou komplikací. Při atmosférickém plazmovém nástřiku povlaků na bázi nikl-grafitového kompozitu dochází při nevhodně zvoleném režimu nástřiku k oxidaci prášku a vyhořívání uhlíku z něj. Snížený obsah volného uhlíku vede ke zvýšení tvrdosti povlaku a ztrátě jeho obrusitelné schopnosti. Zpevnění základní niklové hmoty spolu s vysokým procentem oxidů způsobuje rovněž vysokou tvrdost a pevnost vrstvy. Značný pokles poréznosti spojený s vysokou rychlostí nanášení ještě dále zvyšují tvrdost povlaku - lze tedy říci, že plazmou stříkané nikl-grafitové vrstvy jsou značně odlišné od vrstev stříkaných plamenem.
    Ačkoliv je přilnavost a poréznost u povlaku stříkaného plazmou lepší než u nástřiku plamenem, pro danou aplikaci (pouzdro labyrintu motoru AI-25TL) je vysoká tvrdost povlaku nevyhovující a vede k opotřebení a poškození břitů labyrintu. Problematika těsnicích vrstev je tedy velmi specifická a v mnohém se odlišuje od nástřiků např. cermetů nebo keramik, kde sledováním jakostních parametrů povlaků lze obvykle optimalizovat technologii nástřiku. U těchto obrusitelných výstelek je vždy nejdůležitějším aspektem celého problému chování výstelky na konkrétním dílu v leteckém provozu.

    Shrnutí

    Technologie žárového nástřiku jsou vysoce progresivním a efektivním výrobním procesem, který je schopen plnit ty nejnáročnější požadavky kladené na funkční povrchy. Prioritní uplatnění těchto technologií spočívá ve výrobě a generálních opravách leteckých turbínových motorů, popř. stacionárních turbín. Z těchto oblastí se dále dostávají do jiných strojírenských oborů, zejména automobilového průmyslu, ale i jiných odvětví, např. chemického průmyslu, polygrafického a textilního průmyslu. Výhody žárových nástřiků lze stručně shrnout takto:
  • zlepšení korozní odolnosti součástí (všechna média a rozsahy teplot);
  • zvýšení odolnosti proti opotřebení (abraze, eroze, fretting, kavitace);
  • zvýšení únavové pevnosti součástí;
  • snížení tepelného namáhání součásti (tepelná izolace);
  • dokonalé utěsnění vzduchoplynových soustav a zvýšení jejich účinnosti;
  • ekonomické úspory (náhrada drahých materiálů).
  • Reklama
    Vydání #5
    Kód článku: 10539
    Datum: 09. 05. 2001
    Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

    Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

    Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

    Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

    Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

    Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

    Související články
    Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

    Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

    Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

    Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

    V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

    Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

    Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

    Zvýšení výkonu u tribo stříkání

    Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

    Vývoj epoxidových barev na konstrukce

    Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

    Čištění energetických zařízení

    Vnitřní povrchy otopných a chladicích systémů jsou během svého provozu postupně pokrývány, vlivem chemických a fyzikálně chemických reakcí, pevnými úsadami nečistot, minerálů a korozních produktů. Vzniklé látky jsou tepelným izolantem a brání přestupu tepla. To má za následek omezení účinnosti systémů, zvýšení energetických a tlakových ztrát ale i omezení možnosti regulace a celkově snížení účinnosti těchto systémů.

    Předúpravy povrchů velkorozměrných ocelových konstrukcí

    V letech 2014 až 2016 budovala jako generální dodavatel firma S.A.F. Praha, spol. s r. o., technologická zařízení pro mechanické předúpravy povrchu, odmašťování a termické nástřiky ve výrobním závodě polské firmy Famet v blízkosti města Opole. Investor a uživatel vyrábí zařízení pro energetiku, plynárenský a ropný průmysl, jejichž součástí jsou velké ocelové svařence s hmotností do 250 tun.

    Maskování pro povrchové úpravy

    Před mnoha lety, než jsem se začal zabývat povrchovými úpravami a maskováním, jsem netušil, jak komplexní obor to je a co všechno zahrnuje. Problematika je natolik obsáhlá a speciální, že by si zasloužila samostatný studijní obor na univerzitě. Zkusím proto v tomto článku popsat alespoň část svých dosavadních zkušeností a poznatků z mojí univerzity života.

    Funkční materiály pomocí depozice atomových vrstev

    Depozice atomových vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) je technologie využívající depozice tenkých vrstev na povrch substrátu s přesností v atomovém měřítku, založená na řadě reakcí výchozí látky v plynném stavu s povrchem substrátu. Většina ALD reakcí používá dvě chemické látky, které se nazývají prekurzory.

    Lehké konstrukce automobilů - Specifické povlaky hlubokotažných ocelí

    Na konstrukční materiály používané při stavbě automobilové karoserie jsou kladeny mimořádné požadavky. Specifické podmínky musejí splnit zejména vnější povrchové díly karoserie, které jsou nositeli designu vozu a které tím i do značné míry rozhodují o prodejnosti a úspěšnosti daného modelu. Kromě základních mechanických podmínek musejí povrchové díly splnit perfektní lakovatelnost, mimořádnou korozní odolnost, ale také musejí mít schopnost bezproblémového zpracování – ať už lisováním, nebo rozmanitými technologiemi spojování, jako je laserové pájení a lepení.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit