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2024-10-24 10:00:47

新型保护涂层可提高涡轮发动机效率

导读 弗吉尼亚大学领导的研究小组开发出了新的保护涂层,可以使涡轮发动机在部件开始出现故障之前在更高的温度下运行。发动机温度越高,效率越高...

弗吉尼亚大学领导的研究小组开发出了新的保护涂层,可以使涡轮发动机在部件开始出现故障之前在更高的温度下运行。

“发动机温度越高,效率越高,”弗吉尼亚大学材料科学与工程系教授兼系主任、该项目首席研究员伊丽莎白·奥皮拉 (Elizabeth J. Opila) 表示。

涡轮发动机主要用于飞机推进,但固定式涡轮机有许多工业用途,包括发电。它们燃烧燃料来旋转涡轮叶片,将机械能转化为电能。

“在更高的温度下,单位热量输入可以产生更多的功输出,”Opila 说道。“潜在的好处促使人们对涂层产生兴趣,这种涂层可以作为屏障,防止高温下燃烧产生的反应性气体损坏涡轮叶片。”

效率意味着更少的燃料消耗、更少的排放和运营成本。他们在 Scripta Materialia 10 月刊上发表了他们的研究成果。

当今高温材料的极限

目前涡轮发动机的热部件主要使用两种材料系统:

涂层镍基高温合金可耐受高达约 2,200°F 的温度——远低于美国能源部设定的近 3,300°F 的目标。

陶瓷复合材料使用多层涂层来防止氧化降解,氧化是暴露在空气和水分中时发生的化学反应。然而,这些系统受到一层硅的熔化温度的限制,硅的熔化温度为 2,577°F。

UVA 领导的团队专注于另一种材料选择,即难熔金属合金。难熔金属在 20 世纪 60 年代得到了广泛的研究。虽然它们耐用且耐热,但由于抗氧化性较差而被放弃。

为了保护合金,研究人员尝试了稀土氧化物(天然具有强大保护性能的化合物),以制作出一种万能涂层。