Nyhet -
Nanopartiklar i flygmotorers ytskikt tredubblar livslängden och minskar bränsleförbrukning
Forskare vid Högskolan Väst har börjat använda nanopartiklar i de värmeisolerande
ytskikt som skyddar flygmotorer från hetta. I forskarnas tester ökade livslängden
med över 300 procent. Detta är något som intresserar både flygindustrin och
gasturbinindustrin i allra högsta grad och förhoppningen är att motorer med de nya
skikten ska vara i produktion inom två år.
För att öka flygmotorers livslängd sprutas ett värmeisolerande ytskikt ovanpå metallen. Tack
vare det extra skiktet skyddas motorn från hetta. Då kan man också höja temperaturen vilket
leder till ökad effektivitet, minskade utsläpp och mindre bränsleförbrukning.
Målet för forskargruppen vid Högskolan Väst är att kunna kontrollera ytskiktets struktur för
att öka dess livslängd och isoleringsförmåga. I sitt arbete har de använt olika material.
- Basen är ett keramikpulver men vi har också testat att tillsätta plast för att generera
porer som gör materialet mer värmeisolerande och mer elastiskt, säger Nicholas Curry
som just presenterat sin doktorsavhandling i ämnet.
Stora påfrestningar på materialet
Keramikskikten utsätts för stora påfrestningar när de enorma temperaturväxlingarna gör att
materialen omväxlande expanderar och krymper. Det är därför viktigt att få skikten elastiska.
Senaste året har forskarna fokuserat på att förädla mikrostrukturen ytterligare, allt för att
skikten ska vara intressanta för industrin att använda.
- Vi har testat att använda ett skikt där nanopartiklar ingår. Partiklarna är så fina att vi
inte kunnat spruta pulvret direkt på en yta. I stället blandar vi först pulvret i en vätska
som sedan sprutas. Detta kallas suspensionplasmasprutning.
Chocktester simulerar temperaturväxlingar
Nicholas Curry och hans kollegor har sedan testat det nya skiktet flera tusen gånger i så
kallade chocktest, för att simulera temperaturväxlingen i en flygmotor. Och det visar sig att
ytskiktet håller minst tre gånger så länge som ett konventionellt skikt, samtidigt som det har
låg värmeledningsförmåga.
- En flygmotor som håller längre behöver inte genomgå dyr och tidskrävande ”service”
lika ofta, det sparar pengar för flygindustrin. Den nya tekniken är också betydligt
billigare än den konventionella vilket gör att många fler företag kommer att kunna
köpa in utrustningen.
Forskningen vid Högskolan Väst sker i tätt samarbete med flygmotortillverkaren GKN
Aerospace, tidigare Volvo Aero, och Siemens Industrial Turbomachinery som gör
gasturbiner. Tanken är att det nya skiktet ska användas i både flygmotorer och gasturbiner
inom två år.
Vad händer med materialet över längre tid?
En av de viktigaste frågorna att lösa för forskarna är hur de kan kontrollera vad som händer
med ytbeläggningens struktur över tid och att förstå hur mikrostrukturen i skikten fungerar.
- Ett konventionellt ytskikt ser ut som en smörgås, med lager på lager. Det ytskikt som
vi får fram med den nya metoden kan mer liknas vid stående kolumner. Det gör skiktet
mer flexibelt och mer elastiskt. Och det fäster på metallen oavsett om ytan är helt slät
eller inte. Det viktigaste är inte materialet i sig utan hur poröst det är, säger Nicholas
Curry.
Så fungerar termisk sprutning
Ytskikten på flygmotorer och gasturbiner kallas värmebarriärsskikt och de tillverkas med en
metod som kallas termisk sprutning. Vid mycket hög temperatur, 7000-8000 grader, sprutar
man ett keramiskt pulver med en plasmastråle mot en yta. Keramikpartiklarna smälter och
träffar ytan där de bildar ett skyddslager som är ungefär en halv millimeter tjockt.
För mer information, kontakta:
Doktor Nicholas Curry, e-post: nicholas.curry@hv.se, telefon:0520-22 32 33 (engelsktalande)
Professor Per Nylén, e-post: per.nylen@hv.se, telefon:0520-22 33 58, mobil:0733-97 50 61
(svensktalande)