Nanopartikelbaseret belægning til flymotorer kan tredoble levetiden og reducere brændstofforbruget

Forskere ved Universitetet Väst i Sverige er begyndt at bruge nanopartikler i det varmeisolerende overfladelag, der beskytter flymotorer mod varme. I test, dette øgede belægningens levetid med 300 %. Dette er noget, der interesserer flyindustrien i meget høj grad, og håbet er, at motorer med de nye lag vil være i produktion inden for to år.

For at øge levetiden for flymotorer, et varmeisolerende overfladelag sprøjtes oven på metalkomponenterne. Takket være dette ekstra lag, motoren er beskyttet mod varme. Temperaturen kan også hæves, hvilket fører til øget effektivitet, reducerede emissioner, og nedsat brændstofforbrug.

Forskergruppen Universitet Vest har som mål at kunne kontrollere overfladelagets struktur med henblik på at øge levetiden og isoleringsevnen. De har brugt forskellige materialer i deres arbejde.

"Basisen er et keramisk pulver, men vi har også testet at tilføje plastik for at generere porer, der gør materialet mere elastisk, "siger Nicholas Curry, som netop har fremlagt sin doktorafhandling om emnet.

Stor belastning på materialet

Det keramiske lag udsættes for stor belastning, når de enorme temperaturændringer får materialet til at skiftevis ekspandere og trække sig sammen. Det er derfor vigtigt at gøre laget elastisk. I løbet af de sidste par år, forskerne har fokuseret på yderligere at forfine mikrostrukturen, alt sammen for at laget skal være interessant for industrien at bruge.

"Vi har testet brugen af ​​et lag, der er dannet af nanopartikler. Partiklerne er så fine, at vi ikke er i stand til at sprøjte pulveret direkte på en overflade. I stedet vi blander først pulveret med en væske, der derefter sprøjtes. Dette kaldes suspension plasma spray påføring."

Choktests simulerer temperaturændringer

Dr. Curry og hans kolleger har siden testet det nye lag tusinder af gange i såkaldte "termiske choktest" for at simulere temperaturændringerne i en flymotor. Det har vist sig, at det nye belægningslag holder mindst tre gange så længe som et konventionelt lag, mens det har lave varmeledningsevner.

"En flymotor, der holder længere, behøver ikke at være dyr, tidskrævende "service" så ofte; det sparer flyindustrien penge. Den nye teknologi er også betydeligt billigere end den konventionelle teknologi, hvilket betyder, at flere virksomheder vil kunne købe udstyret."

Forskning ved University West udføres i tæt samarbejde med flymotorproducenten GKN Aerospace (tidligere Volvo Aero) og Siemens Industrial Turbomachinery, som laver gasturbiner. Tanken er, at det nye lag skal bruges i både flymotorer og gasturbiner inden for to år.

Hvad sker der med materialet over længere tid?

Et af de vigtigste spørgsmål for forskerne at løse er, hvordan de kan overvåge, hvad der sker med belægningens struktur over tid, og at forstå, hvordan mikrostrukturen i laget fungerer.

"Et konventionelt overfladelag ligner en sandwich, med lag på lag. Det overfladelag, vi producerer med den nye metode, kan mere sammenlignes med stående søjler. Dette gør laget mere fleksibelt og lettere at overvåge. Og det klæber til metallet, uanset om overfladen er helt glat eller ej. Det vigtigste er ikke selve materialet, men hvor porøst er det, " siger Dr. Curry.

Sådan fungerer applikation med termisk spray

Overfladelagene på flymotorer og gasturbiner kaldes termisk barrierebelægning, og de er fremstillet ved hjælp af en metode kaldet termisk spraypåføring. Et keramisk pulver sprøjtes på en overflade ved en meget høj temperatur-7, 000 til 8, 000 grader C - ved hjælp af en plasmastrøm. De keramiske partikler smelter og rammer overfladen, hvor de danner et beskyttende lag, der er cirka en halv millimeter tykt.