Sprickor i ytbeläggningen på flygmotorer nödvändiga för längre livslängd och bättre värmeisolering

Man kan tro att sprickor i en flygmotors ytbeläggning vore negativt. Men det är tvärtom. Sprickor och porer i rätt storlek och omfattning ger ett bättre ytskikt. Forskare vid Högskolan Väst har genom datorsimulering undersökt sambandet mellan skiktets struktur och dess livslängd och värmeisolerande egenskaper. Resultaten visar att större porer, sammanbundna med sprickor ger ett ytskikt som håller betydligt längre och är effektivare än de som används industriellt idag.

Gasturbiner används vid elproduktion och i flygplansmotorer. För att öka livslängden på turbinerna sprutas en beläggning på ytskiktet. Beläggningen består av två skikt – ett av metall för att ge skydd mot oxidering och frätning och ett av keramik som verkar värmeisolerande. Beläggningens struktur varierar mycket och består av porer och sprickor i olika storlekar. Sprickorna och porerna bestämmer i stor utsträckning hur effektiv värmeisoleringen är och hur lång livslängden på turbinen blir.

Forskare vid Högskolan Väst har utvecklat metoder för att förbättra det här beläggningsskiktet. Genom datorsimulering har forskarna undersökt sambandet mellan beläggningens struktur och dess värmeisolerande egenskaper. Och genom att styra sprickornas storlek och omfattning i skiktet, har man fått fram ett mer effektivt skikt.

Forskarna har också undersökt sambandet mellan ytstrukturen på tillväxande oxidering och spänningarna som bildas mellan de två skikten på grund av oxideringen. Dessa samband har utnyttjats för att utforma ett skiktsysten med längre livslängd.

-  Resultaten från datorsimuleringen har vi fått bekräftade även i experiment. Ett viktigt resultat var att större porer, som är sammanbundna med sprickor, kan ge beläggningsskikten betydligt bättre värmeisolering och även längre livslängd.

Detta säger Mohit Gupta som presenterat sin doktorsavhandling i ämnet. Han beskriver de modeller som han tagit fram, som studerar oxidationsspridningen. Med hjälp av dessa modeller kan spänningarna mellan skikten på grund av oxideringen beräknas. Resultaten visar att de utvecklade modellerna är ett kraftfullt verktyg för att designa nya beläggningar – med egenskaper som betydligt överträffar de som används industriellt idag.

Forskningen har skett i tätt samarbete med flygmotortillverkaren GKN Aerospace och Siemens Industrial Turbomachinery som gör gasturbiner. Båda företagen är intresserade av att använda sig av de nya beläggningarna.

Mer information: E-post: mohit-kumar.gupta@hv.se, Telefon:0520-22 32 82