Abradable(kurban), hareket halinde çok aşınan bölgelerde kullanılan ve ana metali aşınmalardan koruyan kompozit malzemedir. Hareket halindeki çok aşınan bu bölümler aşınabilir malzeme ile kaplanırsa, aşınabilir malzeme aşınmaya başlar ve böylece ana gövde aşındırıcı etmenlerden korunmuş olur.
Aşınabilir Kaplamalar
Aşınabilir kaplama, aşınan bir malzemenin, aşındırıcı bir malzemeye karşı hareketi esnasında sürtünmesi sonucu oluşan bir kaplama türüdür.
Aralık toleransı kontrolü için, dönen parçaların kendi toleranslarını kendileri oluşturması için, dönme sırasında aşınabilen kurban kaplamalar kullanılmaktadır.
Aşınabilir kaplamalar, genellikle seramik, metal seramik karışımları veya özel alaşımlardan yapılan ince tabakalardan oluşur. Bu kaplamalar, motorun daha dayanıklı, verimli ve uzun süreli çalışmasına katkıda bulunabilir.
Aşınabilir termal sprey kaplamalar düşük yapısal bütünlüğe sahiptir, bu yüzden yüksek yapısal bütünlüğe sahip hareketli parçalar ile karşı karşıya geldikleri zaman aşınmaya hazır haldedirler.
Mat parça ile karşılaştıklarında, tercihli olarak aşınacak şekilde tasarlanırlar. Bu sayede mat parçalar zarar görmemiş olur.
Birçok aşınabilir kaplama çeşidi vardır. Aşınabilir kaplama sıcaklık dayanımına göre üç sınıfa ayrılır.
- Düşük sıcaklık uygulamaları, genellikle LP kompresörler için 400 C
- Orta sıcaklık uygulamaları, LP ve HP kompresörler için 760 C
- Yüksek sıcaklık uygulamaları, HP türbinler için 1150 C
NOT: Kompresör, jet motorunun önemli bir bileşenidir çünkü hava akışını sıkıştırır ve yüksek basınçta yakıtla karıştırılacak bir ortam oluşturur. Bu, jet motorunun performansını etkileyen kritik bir adımdır. Kompresör, genellikle jet motorunun başlangıç noktasında bulunur ve motorun temel işlevlerinden biri olan hava sıkıştırma sürecini gerçekleştirir.
Uygulama metoduna göre sınıflandırma:
- Döküm için polimer esaslı aşınabilir malzeme
- Lehim ya da petek ve fiber malzemeler için difüzyon bağı (gözenekli fiber metal yapılar için)
- Büyük bir saha kompozit malzemeler için termal sprey kaplama
Kaplama Yapısı
Erimemiş ve reaksiyona uğramamış partiküllerden dolayı kaplamalar poroz bir yapıya sahiptir. (Bu durum, normal şartlarda çok zayıf bir kaplama olarak nitelendirilir.)
Bu poroz yapı, doğru derecede aşınabilirliği elde etmek için, sprey parametrelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesi ile elde edilir. Bu kaplamaları elde etmek kolay değildir sıkı monitorleme (horoskop: kameralı kontrol) gerektirir.
Yoğun ve üniform bir kaplama yapısı; polimer, grafit, bentonit, boron nitrür gibi katkı maddeleri ile sağlanır. Bu katkı maddeleri kaplamanın matris tabakasını zayıflatır ve kuru yağlama olmasını sağlarlar.
Aşınabilirlik çoğunlukla katkı maddelerinin konsantrasyonu ile belirlenir, çok içerikli bir kaplama yapmamızı sağlayacak sprey parametreleri ile aşınabilirlik değişmez.
Aşınabilir Kaplama Nerede Kullanılır?
- Türbin Kanatları ve Pallar: Yüksek sıcaklık ve basınç koşullarına maruz kalan türbin kanatları ve pallar üzerine aşınabilir kaplamalar uygulanabilir. Bu kaplamalar, aşınma direncini artırabilir ve sıcak gazlardan kaynaklanan aşınma ve erozyonu azaltabilir.
- Kompresör Bileşenleri: Kompresör bölümündeki kanatlar ve diğer parçalar da aşınabilir kaplamalarla kaplanabilir. Bu, hava sıkıştırma aşamasında aşınma direncini artırabilir ve verimliliği artırabilir.
- Yanma Odası Bileşenleri: Jet motorlarının yanma odasındaki iç yüzeylere aşınabilir kaplamalar uygulanabilir. Bu, yanma sırasında oluşan yüksek sıcaklıklara ve kimyasal etkilere karşı koruma sağlayabilir.
- Gaz Yolları ve İç Kısımlar: Motorun iç kısımlarındaki sıcak gaz yolları da aşınabilir kaplamalarla kaplanabilir. Bu, motorun ömrünü uzatabilir ve bakım maliyetlerini azaltabilir.
Başlıca Aşınabilir Kaplama Tozları
- Alüminyum Silisyum Alaşımlar/Polimer Kompozitler
- Alüminyum Silisyum Alaşımlar/Grafit Kompozitler
- Nikel/Grafit kompozitler
- Alüminyum-bronz/Polimer Kompozit
- Nikel Krom Alüminyum/ Bornitrür Kompozit
- Nikel Krom Alüminyum/ Bentonit Kompozit
- Nikel/ Alüminyum Kompozit
- NiCrAlY/BN/Polyester Kompozit
- YSZ Seramik/ Polyester Kompozit
Aşınabilir kaplamalar, düşük mukavemeti olan yapılardır, çok kolay bir şekilde gaz ve katı erozyonuna maruz kalabilmektedirler.
Poroziteden dolayı yüksek sıcaklıkta oksidasyona meyilli olacak durumlarda aşınabilir malzemeler kullanılır.
Bu özellikler malzeme dizaynında göz önünde bulundurulmalıdır. Üretimde dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır.
- Rahat hareket ve kesik derinliği
- Ortam sıcaklığı, akışkanlık
- Kesici element geometrisi ve malzemesi (kanatçık kalınlığı)
- Aşınabilir malzeme ve yapısı
- Düşük sıcaklık için matriks malzeme Al-Si
- Orta sıcaklıklar için NiCrAlY
- Türbin bölümlerindeki yüksek sıcaklıklar için YSZ kullanılır.
Aşınabilirliği Artırma
Aşınabilirliği artırmak için, partikül ayrıma enerjisi azaltılmalıdır.
Aşınabilirliği artırmak için partikül ayrılma enerjisinin azaltılması, çeşitli tekniklerle gerçekleştirilebilir. Bu teknikler arasında yüzey kaplamaları, özel yağlama sistemleri, ısıl işleme maruz bırakmak, aşınabilirliği hızla geliştirir.
Kaplama Kalınlığı
Bir aşınabilir kaplamanın kalınlığının 40-60 mm arasında olması, 1100 C ve 1527 C gaz sıcaklıklarına maruz kalan türbinde gelişmiş bir performans elde etmemizi sağlar.
Uygulama Teknikleri
Aşınabilir kaplama, alev sprey yöntemiyle, yüksek hızda oksi-yakıt(HVOF) ile ve atmosferik plazma ortamlarında uygulanmaktadır. Alev sprey çok gözenekli kaplamalar üretiminde etkilidir fakat böyle bir gözenekli kaplama yapmak, proses parametrelerine bağlıdır.
APS ve HVOF sistemleri, parametrelerin kontrolü kolay olduğu için ve iyi kalitede kaplamalar elde edildiğinden çok tercih edilmektedir.
Havacılıkta türbinlerin sızdırmazlık uygulamalarında kullanılan kurban kaplamalar için alev sprey yöntemi de kullanılmaktadır.
Kullanıldığı Yerler Hakkında
Aşınabilir kaplamalar, kompresörler, türbinlerin kanatçıkları ve endüstriyel türbinlerin labirent şeklinde olan yerleri için geliştirilmiş bir çeşit kaplamalardır. Adından da anlaşılacağı gibi, aşınabilir kaplamalar servis süresince dönen kısımlara uygulanmaktadır. Gaz türbin motorunun yeteneği, yüksek basınç oranlarını elde etmek ve gaz sızıntılarını minimize etmektir. Aşınabilir kaplamaların görevi ise, motor çalışır halde iken, kompresör kanatçık ve rotor yolu arasındaki boşluğu azaltmaktır. Bu gaz sızıntısını azaltır. Bu açıklığı azaltmak için düşük maliyet göz önünde bulundurulmalıdır. Aşınabilir kaplamalar 1960 sonları 1970 başlarından beri havacılıkta gaz türbinlerinde kullanılmaktadır.
Aşınabilir kaplamalar sadece hava motorları ile sınırlı değildir. Pompalar, turbo yükleyiciler, radyal kompresörler, turbo kompresörler, sabit benzin türbinleri gibi sürekli dönen mekanizmalarda kullanılırlar.
Türbin kanatçıklarında kullanılan aşınabilir kaplama, uçağa yeterli olacak kadar hava girişimini sağlar. Fazla giren hava motorun verimini düşürür. İçeri giren hava türbinde sıkışarak JETA1 denilen uçak yakıtı ile patlatılır. Bu nedenle kanatçıkların aşınabilir malzemeye sürtünmesi sağlanarak hava girişi önlenmiş olur.
Aşınabilir kaplamanın kullanılmasının bir diğer nedeni ise kanatçıklar ile nikel esaslı alaşım arasından yabancı madde geçişini önlemek amaçlıdır. Bu alaşım arasından herhangi bir yabancı madde (özellikle de kuşlar) girişi uçağın düşmesine sebep olabilir.
Kurban Kaplamalara Uygulanan Testler
Kaplamanın başarısını ölçmek için yani malzemenin aşınabilirliğini kontrol etmek için ‘rub rig’ testi uygulanır. Diğer testler ise oksidasyon, termal şok, erozyon, çekme testi ve porozite tayinidir.
Kaynakça:
http:/www.gordonengland.co.uk/abradable.htm
Ghasrıpoor, F.,Schmid, R.,Dorfman, M.,1997 http:/www.azom.com/details.asp?ArticleID=739
Chupp, R., Ghasripoor, F., Moore, D., Kalv, S., Johnston, R., Applying Abradable Seals To Industrial Gas Turbines, July 2002, Class 1, Global Research
http://oubs.iu.edu.tr/doc/412.ppt
http://www.freepatentsonline.com/6916529.html
Yorumlar