Порошки для термонапыления: материалы, лежащие в основе аэрокосмических амбиций Индии

Здесь важную роль играют термонапыляемые покрытия. Высокоэффективные порошки для термонапыления разработаны для создания защитных слоев на поверхностях компонентов, обеспечивая тепловой барьер, износостойкость, химическую стойкость и коррозионную стойкость. Такие процессы, как плазменное напыление и высокоскоростное кислородно-топливное напыление (HVOF), позволяют наносить эти порошки на поверхности компонентов для изменения их свойств без изменения самого компонента.

Индийский аэрокосмический сектор вступает в период стремительного роста. По оценкам Airbus , к 2035 году коммерческий авиапарк страны утроится и достигнет 2250 самолетов, а пассажиропоток, как ожидается, будет расти на 8,9% в год в течение десятилетия.

По мере того как Индия наращивает потенциал в области аэрокосмического производства, разработка материалов и процессов, поддерживающих эти приложения, станет важной частью построения более устойчивой отечественной аэрокосмической экосистемы.

Научные основы защиты

Эффективность термонапыляемого покрытия проявляется задолго до того, как оно достигнет компонента двигателя. Она начинается с самого порошка.

Различные области применения в аэрокосмической отрасли требуют специфического сочетания термических, механических и химических свойств. Например, мы производим порошки для термического напыления, включая стабилизированный диоксид циркония (стабилизированный оксидом кальция, оксидом иттрия и оксидом магния), оксид алюминия, диоксид титана и оксид алюминия-диоксид титана, с размером частиц, морфологией и составом, которые могут быть адаптированы к конкретным требованиям.

Например, стабилизированный диоксид циркония широко используется в качестве теплоизоляционного покрытия для компонентов горячей части турбин. Чистый диоксид циркония сам по себе для этой цели не подходит. При нагревании и охлаждении он изменяет свою кристаллическую структуру, и это изменение фазы сопровождается изменением объема, достаточно большим, чтобы вызвать растрескивание и отслаивание покрытия во время термических циклов. Добавление стабилизирующего оксида, такого как оксид кальция, оксид иттрия или оксид магния, сохраняет высокотемпературную кристаллическую фазу при многократном нагреве и охлаждении, что обеспечивает целостность покрытия в процессе эксплуатации. Каждый стабилизатор обеспечивает различное соотношение фазовой стабильности, теплопроводности и температурной стойкости, поэтому выбор может быть подобран в соответствии с областью применения. Способность стабилизированного диоксида циркония обеспечивать теплоизоляцию при высоких температурах делает его важным материалом в системах покрытий, используемых на гильзах камер сгорания, переходных элементах, форсажных камерах, теплозащитных экранах и лопатках турбин. Порошки стабилизированного диоксида циркония производятся из высокочистого сырья с контролируемой химической однородностью и характеристиками частиц, разработанными для обеспечения стабильных характеристик покрытия.

Производство порошка — это не просто достижение правильного химического состава. Распределение частиц по размерам, морфология, чистота, фазовая стабильность и стабильность производства — все это может влиять на поведение материала во время напыления и, в конечном итоге, на эксплуатационные характеристики покрытия. Благодаря нашим техническим и производственным возможностям, мы производим эти порошки с различной морфологией. Но мы не ограничиваемся контролем только формы порошка: проектируя порошок, мы также влияем на его поведение при высоких температурах, от процесса плавления и осаждения во время напыления до сохранения фазовой стабильности в процессе эксплуатации.

Эти возможности распространяются и на стратегические применения. Сопла ракет требуют систем тепловой защиты (СТЗ), способных выдерживать экстремальные температуры и термический удар, и мы можем удовлетворить эту потребность. Гиперзвуковые системы, подвергающиеся интенсивному и продолжительному аэродинамическому нагреву, зависят от высокотемпературных покрытий из диоксида циркония, и для их создания доступны передовые порошки собственной разработки.

Именно поэтому для создания собственных мощностей по производству порошковых материалов методом термического напыления необходимы глубокие знания в области химии материалов, технологических процессов и контроля качества. Более семи десятилетий опыта в области передовых материалов, подкрепленные интегрированными возможностями по всей цепочке создания стоимости материалов, обеспечивают прочную основу для работы в обратном направлении: от требований к эксплуатационным характеристикам конкретного применения к химическому составу и свойствам, необходимым для данного материала.

Развитие потенциала местного населения

Для создания потенциала в области авиационных двигателей необходима сеть производителей, поставщиков материалов, научно-исследовательских учреждений, испытательных центров и технологических партнеров, способных разрабатывать и сертифицировать каждый критически важный элемент системы.

Ключевые материалы, используемые в теплоизоляционных и износостойких покрытиях, традиционно зависели от импорта. В рамках более широкой программы импортозамещения в Индии, безусловно, есть преимущества в разработке этих материалов внутри страны.

Наша работа с научно-исследовательскими организациями Организации оборонных исследований и разработок (DRDO) в области порошков для термонапыления является одним из примеров развития этой экосистемы. Это включает в себя разработку мелкодисперсных порошков, используемых для изготовления керамических покрытий, наносимых методом термонапыления, для авиационных двигателей и компонентов.

Цель состоит в том, чтобы накопить научные и производственные знания, необходимые для непрерывного совершенствования материала, понимания его поведения и адаптации к меняющимся требованиям аэрокосмической отрасли.

От материалов к аэрокосмической экосистеме

Передовые керамические материалы и покрытия являются частью гораздо более обширной экосистемы материалов, поддерживающей амбиции Индии в аэрокосмической отрасли. Эти возможности распространяются на керамику, огнеупоры, композиты, абразивы и специализированные порошки, с областями применения от компонентов авиационных двигателей и тепловой защиты до конструкций БПЛА и авионики.

Такая широта охвата важна, поскольку аэрокосмическое производство принципиально взаимосвязано. Для более мощных двигателей требуются материалы, способные выдерживать более высокие температуры, а для более долговечных компонентов — поверхности, устойчивые к износу и коррозии. Следующий этап развития аэрокосмической отрасли Индии будет зависеть от того, насколько эффективно государственные лаборатории, производители оригинального оборудования (OEM), научно-исследовательские институты, крупные производители и микро-, малые и средние предприятия (МСП) объединят эти возможности, продвигая технологии от исследований и разработок через квалификацию до масштабного производства, постоянно оптимизируя взаимосвязь между свойствами материалов, конструкцией компонентов и производственными процессами.

Для компаний, занимающихся производством материалов, ответственность не менее важна. Нам необходимо инвестировать в исследования, развивать специализированные производственные мощности и создавать системы контроля качества, необходимые для аэрокосмической отрасли. Сертифицированное по стандарту AS9100D производство керамических порошков также демонстрирует важность строгих систем контроля качества при поставке материалов для аэрокосмических применений.

Амбиции Индии в аэрокосмической отрасли в конечном итоге будут определяться не только проектируемыми самолетами, двигателями и системами, но и глубиной материальной экосистемы, поддерживающей их. Порошки для термического напыления, возможно, являются относительно небольшой составляющей этой общей картины, но они играют решающую роль в защите некоторых из наиболее сложных компонентов авиационного двигателя.

Поэтому разработка этих материалов в Индии – это нечто большее, чем просто обеспечение безопасности цепочки поставок. Речь идет о создании научной экспертизы, производственной дисциплины и экосистемы сотрудничества, необходимых для поддержки следующего поколения аэрокосмических технологий.

Источник: https://www.aeromagasia.com