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

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
    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.

    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).

    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.

    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
    Finesy antikorozních úprav do extrémních podmínek

    Není asi náročnější zakázky na povrchové antikorozní ochrany než konstrukce pro extrémní klimatické podmínky, jako je střídání abnormálních teplot a slané prostředí. To je totiž ta pravá „ochranářská“ maturita. Mají-li se v těchto podmínkách chránit nadrozměrné konstrukce, není mnoho firem, které si na to troufnou. Před takovým dilematem stáli nepochybně investoři a realizační firmy při stavbě ve své době největší výletní lodě Queen Mary II a těžaři při konstrukci zřejmě nejseverněji umístěné naftové těžební plošiny Goliat v Barentsově moři. Jejich volba firmy realizující protikorozní úpravy padla na vlašimský Metalkov.

    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.

    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 procesní spolehlivosti čištěním

    Společnost BUPI Golser je světovou špičkou ve výrobě zařízení pro průmyslové čištění obrobků a transportních nosičů. Čisticí zařízení BUPI Cleaner jsou známá díky svým vynikajícím výsledkům čištění, kterých dosahují při vysoké hospodárnosti, energetické účinnosti a šetrnosti ke zdrojům. Vyráběna jsou v sídle společnosti BUPI Golser Maschinenbau v Halleinu u Salcburku. O zákazníky z České republiky a Slovenska pečuje od roku 2017 brněnská společnost Imtos.

    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.

    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.

    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.

    Nový druh maskování pro metrické šrouby

    Do současné doby bylo k dispozici pro maskování vnějších závitů několik druhů krytek, které jsou sice levné, ale mají spoustu nevýhod.

    Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

    Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

    Lasery s krátkými pulzy pro povrchové úpravy

    Pulzní nanosekundové vláknové lasery mají v průmyslových aplikacích více jak dvacetiletou tradici a dnes jsou již standardními nástroji, které se používají při zpracování materiálů. I když se původně tyto lasery potýkaly s velmi nízkými průměrnými výstupními výkony (pouze cca 10 W), nyní jsou díky velmi kvalitnímu svazku vhodné pro laserové značení a přesné obrábění. Jejich jednoduchá integrace umožňuje efektivní opracování povrchu vysokou rychlostí i při větších rozměrech součástí. To je konkrétně při laserovém čištění a dalších povrchových úpravách velkou výhodou.

    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