CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc tính chịu ơxy hóa nhiệt độ cao của lớp
2.4.1.1. Thiết bị thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ
Các thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ ở nhiệt độ cao mô phỏng điều kiện làm việc của các lớp phủ, đồng thời gia tốc q trình bong tróc lớp phủ theo chu kỳ thử nghiệm. Trên thực tế, các lớp phủ chịu ơxy hóa nhiệt độ cao trên cánh tuốc bin khí được bao phủ bởi lớp ceramic trên bề mặt nhằm làm hạ nhiệt độ tác động của mơi trường khí đốt đến kim loại nền và giảm bớt tác động mài mịn. Vì vậy lớp phủ có độ bền hàng nghìn giờ làm việc trong điều kiện nhiệt thay đổi mang tính chu kỳ. Để tăng tốc các thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ cho các hệ lớp phủ đã được chế tạo, trong luận án này, NCS đã thực hiện các thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ trực tiếp cho các lớp phủ trên nền hợp kim niken mà không sử dụng các lớp phủ ceramic trên bề mặt. Các thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ được thực hiện trong mơi trường khơng khí tĩnh của phịng thí nghiệm.
Thiết bị thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ được sử dụng trong luận án này là lị nung điện trở SUGA có hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động cùng với khả năng di chuyển buồng lị theo chu trình tạo ra mơi trường nhiệt độ cao mang tính chu kỳ cho các thử nghiệm. Các thơng số của một chu kỳ thử nghiệm được mô phỏng gần nhất với quá trình chịu tải thực tế của lớp phủ trên cánh tuốc bin. Các thông số thử nghiệm được đề tài sử dụng như sau:
- Nhiệt độ thử nghiệm: 1150 oC. Đây là nhiệt độ thực tế của buồng đốt trong động cơ tuốc bin khí hiện nay.
- Thời gian của một chu kỳ thử nghiệm: giữ mẫu ở nhiệt độ 1150 oC trong 1 giờ, sau đó làm nguội 20 phút trong khơng khí tĩnh. Do các mẫu thử nghiệm có kích thước nhỏ, nhiệt độ của lớp phủ sau làm nguội sẽ giảm xuống dưới 100
oC.
- Mơi trường thử nghiệm: khơng khí khí quyển tại phịng thí nghiệm. - Số chu kỳ thử nghiệm: 100 chu kỳ
Quy trình thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ và thiết bị thử nghiệm được mơ tả trên hình 2.9
Hình 2.9. Chu trình thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ ở 1150 oC và thiết bị lị thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ SUGA tại Viện NIMS, Nhật Bản
Thiết bị thử nghiệm ơxy hóa chu kỳ SUGA hoạt động tự động theo chu trình được lập sẵn. Buồng lị được thiết kế có thể di chuyển theo phương ngang trên một hành trình cố định. Nhiệt độ trong buồng lò được gia nhiệt bằng 8 thanh SiC và được điều khiển tốc độ nâng-hạ nhiệt theo chương trình. Trong quá trình kiểm tra nhiệt chu kỳ, nhiệt độ buồng lò được đặt cố định là 1150 oC. Mẫu được đặt cố định trên một giá nằm ngang chạy xuyên qua buồng lò. Buồng lò sẽ di chuyển sang phải hoặc trái để đưa mẫu vào buồng nung hoặc đưa mẫu ra ngoài làm nguội mẫu theo chu kỳ thời gian đặt trước.