شرح المواد القابلة للتآكل: الأنواع والطلاءات ودليل الرش الحراري

تحتل المواد القابلة للتآكل ركنًا غير عادي من هندسة الأسطح: فقد تم تصميمها بحيث يتم اهتراءها. في توربينات الغاز، والتوربينات البخارية، والضواغط الصناعية، والشواحن التوربينية، يتم وضع طبقة رقيقة من الطلاء القابل للتآكل على الغلاف أو حلقة الكفن أو قطعة الختم بحيث يمكن لأطراف الشفرات الدوارة أن تقطع أخدودًا ضحلًا ونظيفًا فيها خلال الساعات الأولى من التشغيل. ما تبقى هو خلوص التشغيل الذي يتم قياسه بأجزاء من المليمتر - ضيق بما يكفي لحماية الكفاءة، ومفتوح بما يكفي للحفاظ على الشفرات سليمة.

بالنسبة لمهندسي الصيانة ومخططي العمليات ومشتري الطلاء، فإن فهم ما الذي يجعل المادة القابلة للتآكل تعمل هو الفرق بين الختم الذي يبقى على قيد الحياة بعد فترة إصلاح كاملة والختم الذي يتآكل أو يتشقق أو يتزجيج قبل وقت طويل من وقته. يغطي هذا الدليل عائلات المواد الرئيسية، وكيفية تصرفها أثناء الخدمة، وكيفية تطبيقها عن طريق الرش الحراري، وما يجب تحديده عند مصدرها.

ما هي المواد القابلة للتآكل ولماذا هي مهمة؟

المادة القابلة للتآكل عبارة عن طلاء أو مادة سائبة تم تصميمها للتضحية بنفسها بطريقة يمكن التحكم فيها عندما تحتك بجزء متحرك. إنه أكثر ليونة وأكثر مسامية وأكثر هشاشة من طرف الشفرة الذي يلامسه، لذا فإن التلامس يزيل الطلاء بدلاً من مادة الشفرة. من الناحية العملية، يشير المصطلح دائمًا تقريبًا إلى طبقات مانعة للتسرب قابلة للتآكل يتم تطبيقها على أغلفة التوربينات والضواغط، وحلقات الكفن وقطاعات الختم.

من الناحية الهيكلية، فإن معظم الطلاءات القابلة للتآكل هي أنظمة ذات مرحلتين. توفر مرحلة المصفوفة - سبائك الألومنيوم والسيليكون، والنيكل، وسبائك النيكل والكروم، وتركيبة MCrAlY، أو الزركونيا المستقرة بالإيتريا - الاستقرار الحراري ومقاومة الأكسدة وتآكل الجسيمات. المرحلة الثانية، مثل البوليستر، البنتونيت، الجرافيت، نيتريد البورون أو المجالات المجوفة، تحترق، وتبقى كمرحلة ناعمة، أو ببساطة تبني المسامية. والنتيجة هي رواسب ذات مسامية تتراوح ما بين 20 إلى 50 بالمائة تقريبًا من حيث الحجم، وصلابة أقل بكثير من طبقات التآكل التقليدية، وشبكة من المسارات الضعيفة التي تسمح لطرف الشفرة بالقطع دون توليد حرارة أو حمل زائد. إن المردود الهندسي بسيط: يؤثر خلوص الطرف بقوة على كفاءة الضاغط والتوربين، ويتيح الختم القابل للتآكل للآلة إنشاء فجوة مثالية خاصة بها بدلاً من العيش مع فجوة محافظة.

كيف تعمل الأختام القابلة للتآكل في الخدمة

أثناء التشغيل، تتصل أطراف الشفرة بالطلاء وتقوم بتشكيل أخدود يتطابق شكله الجانبي مع مسار الطرف. نظرًا لفشل الطلاء محليًا - من خلال الكسر الهش أو انهيار المسام أو سحب الحشو - فإن الاتصال يستهلك طاقة قليلة جدًا وينتج الحد الأدنى من الحرارة. يصبح هذا الأخدود هو سطح الجري لبقية الفترة، ويخضع الخلوص المتبقي للنمو الحراري والطرد المركزي بدلاً من تفاوتات التصنيع.

ما لا يجب أن يفعله الطلاء الجيد القابل للتآكل هو أمر مهم بنفس القدر. لا ينبغي أن تلطخ أو تلتصق بطرف الشفرة، مما قد يؤدي إلى نقل المواد وإنشاء نقاط ساخنة. لا ينبغي أن تتشقق في الصفائح عندما ينثني الغلاف. ويجب ألا تتآكل تحت التدفقات المحملة بالجسيمات التي تمر عبر العديد من الضواغط. تحدد أوضاع الفشل الثلاثة هذه - التزجيج والتشظي والتآكل - التوازن الذي تحاول كل مواصفات قابلة للتآكل تحقيقه.

الأنواع الشائعة من المواد القابلة للتآكل

عادةً ما يتم تصنيف المواد القابلة للتآكل حسب كيمياء المصفوفة ونوع الحشو ودرجة حرارة الخدمة. يلخص الجدول أدناه العائلات المحددة غالبًا للمعدات الدوارة؛ تعتمد الحدود الدقيقة على تكوين الغاز وتحميل الجسيمات وشدة الاحتكاك.

تهيمن أنظمة الألومنيوم والسيليكون على النهاية ذات درجات الحرارة المنخفضة لأنها خفيفة الوزن، وتعمل بشكل جيد في الماكينة وتتحمل الخلوصات الضيقة. ومع ارتفاع درجات الحرارة، تتحول المادة المصفوفة إلى النيكل، ثم إلى MCrAlY والزركونيا، وتتغير معها الحشوة، حيث يفسح البوليستر والجرافيت المجال أمام نيتريد البورون، الذي يظل مستقرًا ومشحمًا عند درجات الحرارة المرتفعة. تعد مطابقة الحشو الخاطئ لدورة العمل أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل الختم المبكر.

عمليات الرش الحراري المستخدمة لتطبيق الطلاءات القابلة للتآكل

يتم إنتاج جميع طبقات الطلاء القابلة للتآكل تقريبًا عن طريق الرش الحراري، لأن العملية تعمل على بناء المسامية والكيمياء في الرواسب في عملية واحدة. يعد رذاذ البلازما الجوي هو العمود الفقري لأنظمة الألومنيوم والسيليكون وNCrAl وMCrAlY والزركونيا: درجات حرارة الجسيمات مرتفعة بما يكفي لإذابة المصفوفة بشكل نظيف بينما تبقى الحشوة على قيد الحياة أو يتم الاحتفاظ بها جزئيًا، وتحدد المعلمات مثل تيار القوس وتدفق الغاز ومعدل تغذية المسحوق ومسافة المواجهة المسامية والصلابة النهائية.

ويظل رذاذ اللهب قيد الاستخدام مع النيكل والجرافيت وبعض موانع التسرب المصنوعة من الألومنيوم والسيليكون حيث يلزم وجود رواسب أكثر ليونة وأكثر انفتاحًا. ينتج وقود الأكسجين عالي السرعة والعمليات الأسرع من الصوت الأخرى طبقات كثيفة ومترابطة بشكل جيد ويتم تخصيصها عمومًا للأسطح القابلة للتآكل بدلاً من الأسطح القابلة للتآكل، على الرغم من أنها تستخدم أحيانًا لطرف الشفرة الصلبة أو سطح حافة السكين في نفس التجميع.

نظرًا لأن الرواسب يجب أن تظل مسامية، فإن الطبقة القابلة للتآكل لا يتم عادةً إغلاقها أو تشريبها بعد ذلك - فالقيام بذلك قد يؤدي إلى تدمير قدرتها على القطع. يتم التحكم في الجودة بدلاً من ذلك عن طريق قفل معلمات الرش وإعادة تأهيلها كلما تغيرت كمية المسحوق أو المعدات أو أجهزة الشعلة.

تقنية طلاء رذاذ البلازما رذاذ البلازماing is a thermal spraying method that uses a non-transferable plasma arc as the heat source, with powder as the sprayed material. Commonly used process met... عرض المنتج →

الخصائص التي تفصل المادة الجيدة القابلة للتآكل عن المادة الرديئة

عند كتابة المواصفات، تحمل مجموعة من الخصائص القابلة للقياس معظم المخاطر:

• المسامية وشكل المسام - يجب أن تكون المسام دقيقة، وموزعة بالتساوي، ومفتوحة بدرجة كافية حتى يتم قطع الطرف بشكل نظيف.
• الصلابة - يتم قياسها على مقاييس روكويل السطحية ومربوطة بمادة الطرف، وسرعة الاحتكاك والخلوصات المعنية.
• التماسك وقوة الارتباط – يجب أن يظل الطلاء ملتصقًا بالغلاف من خلال التدوير الحراري على الرغم من أن الطبقة العليا مصممة للانفصال.
• مقاومة التآكل - الختم الذي يختفي في الخدمة المتربة أو السخامية لا فائدة منه، لذلك يتم موازنة محتوى الحشو مع أداء الفرك.
• الاستقرار الحراري - يمكن للأكسدة أو التلبيد أو تغيير الطور أن يؤدي إلى تصلب الختم أثناء الخدمة وتحويل الفرك اللطيف إلى تلف للشفرة.
• قابلية التصنيع والتشطيب - يتم طحن معظم الأختام حتى البعد النهائي، ويجب أن يقبل السطح هذه الخطوة دون تلطيخ.

الطلاءات القابلة للتآكل ليست طلاءات مقاومة للتآكل

ومن الجدير ذكر التناقض بوضوح، لأن الاثنين غالبا ما يتم الخلط بينهما. تم تصميم المواد القابلة للتآكل للحصول على: صلابة منخفضة، مسامية عالية، قابلية للتفتيت يمكن التحكم فيها. تم تصميم الطلاءات المقاومة للتآكل لمقاومة: صلابة عالية، مسامية منخفضة، ترابط قوي بين الجسيمات. تعمل الطلاءات القابلة للتآكل على حماية الكفاءة من خلال استهلاكها؛ تحمي طبقات التآكل المكونات عن طريق رفض استهلاكها.

يمكن لنفس الورشة إنتاج كليهما، لكن تختلف أنظمة المواد ومعلمات الرش ومعايير الفحص. يحتاج جسم المضخة أو المكبس أو الصمام إلى طبقة كربيد أو سيراميك كثيفة تتحمل التآكل والتآكل لسنوات. يحتاج ختم غلاف الضاغط إلى رواسب مفتوحة وقابلة للقطع تعمل على إنشاء الخلوص في الساعة الأولى من التشغيل. إن تطبيق الفلسفة الخاطئة في أي من الاتجاهين - إغلاق طبقة قابلة للتآكل، أو تليين طبقة التآكل - يؤدي إلى تقصير عمر المكونات بدلاً من تمديده.

تقنية رش اللهب الأسرع من الصوت في الصين، يُشار عادةً إلى رش وقود الأكسجين عالي السرعة (HVOF) باسم رش اللهب الأسرع من الصوت. تحل هذه التقنية تدريجيا محل رش البلازما وغيرها... عرض المنتج →

حيث يتم استخدام المواد القابلة للتآكل

تظهر الأختام القابلة للتآكل في أي مكان يتم فيه تشغيل مجموعة دوارة بالقرب من جدار ثابت: مراوح محركات الطائرات، والضواغط والتوربينات، وتوربينات الغاز الثقيلة في توليد الطاقة والأغشية والأختام الطرفية للتوربينات البخارية، وضواغط العمليات الصناعية، وأغطية الشاحن التوربيني. القاسم المشترك هو أن الخلوص الأكثر إحكامًا يترجم مباشرة إلى كفاءة، كما أن تكلفة الضرر الناتج عن الاحتكاك مرتفعة.

في توليد الطاقة، يرتبط أداء الختم بشكل وثيق بتصميم الشفرة، لأن موردي الطلاء ومصنعي الشفرات يعملون في نفس ظروف الاحتكاك. ولهذا السبب يتم عادةً تطوير اختيار عائلة الطلاء وهندسة جزء التزاوج معًا - وهو موضوع تمت تغطيته في مقالتنا حول كيف يتم تصنيع شفرات توربينات الطاقة الحرارية لتحمل الظروف القاسية .

شفرة توربينات الطاقة الحرارية المواد: الفولاذ المقاوم للصدأ، الفولاذ المصبوب، سبائك النيكل، سبائك التيتانيوم القائمة على الكوبالت، إلخ. شفرات مروحة الطاقة الحرارية، لهب التنغستن بالرش الحراري الأسرع من الصوت... عرض المنتج →

تحديد وتأهيل الطلاء القابل للتآكل

يأتي الختم القابل للتآكل القابل للتكرار من المواصفات التي تم الاتفاق عليها قبل رش الجزء الأول:

1. تحديد غلاف التشغيل: أقصى درجة حرارة مستمرة للمعادن، والتدوير الحراري، وتركيبة الغاز، وتحميل الجسيمات.
2. قم بمطابقة عائلة المواد مع هذا المغلف، ثم قم بتعيين أهداف المسامية والصلابة من مادة الطرف وسرعة الفرك المتوقعة.
3. الاتفاق على طرق الاختبار مقدمًا، بما في ذلك قياس السُمك والصلابة وتقييم مسامية دراسة المعادن واختبار قوة الروابط وفقًا لمعايير معترف بها.
4. قم بتأهيل معلمات الرش وتجميدها - بما في ذلك مواصفات المسحوق وأجهزة الشعلة ومسار الروبوت والتبريد.
5. الفحص بعد التشغيل الآلي: سمك الجدار، تشطيب السطح، فحص التشققات والتشظيات، بالإضافة إلى سجل موثق لمعلمات الدفعة.
6. تتبع الأداء الميداني وأدخل النتائج مرة أخرى في مراجعة المواصفات التالية.

تكافئ المواد القابلة للتآكل نفس الانضباط الذي يجعل أي برنامج رش حراري موثوقًا به: الكيمياء الصحيحة، والعملية الخاضعة للرقابة، والتحقق من أن الوديعة داخل الغلاف تتطابق مع الوديعة المؤهلة في القسيمة. إنهم ببساطة يعكسون الهدف المعتاد، ويستبدلون الصلابة بالنعومة الخاضعة للرقابة في خدمة آلة تعمل بشكل أكثر إحكامًا وأطول.

في Xike Surface Coating Technology، وهي جزء من Jiangsu Yibai Precision Machinery وشركة مصنعة لطلاء الرش الحراري تتمتع بخبرة تزيد عن عشر سنوات، نقوم ببناء طبقات طلاء للمكونات التي تواجه التآكل والتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة والالتصاق عبر تطبيقات المضخة والصمام والبتروكيماويات والصلب والصب بالقالب وسحب الأسلاك وتوليد الطاقة. تغطي منشأتنا في Yancheng مساحة 20,000 متر مربع مع أكثر من عشرة خطوط إنتاج وفريق مكون من أكثر من 200 مهندس وفني. إذا كنت تزن ختمًا قابلاً للتآكل مقابل طلاء مقاوم للتآكل لمكون معين، فأرسل إلينا الرسم والمادة الأساسية ودورة العمل، وسنوصي بمسار العملية.