Statorové (rozváděcí) a rotorové (oběžné) lopatky proudových a turbínových motorů jsou během provozu vystaveny extrémním pracovním podmínkám. Speciální ochrannou vrstvou nanesenou na vnější povrch lopatek lze minimalizovat vlivy oxidace a koroze.
Obr. 1: Rotorové (oběžné) lopatky spalovací turbíny po 3 letech provozu.
Obr. 2: Nové rotorové lopatky spalovací turbíny opatřeny ochranným povlakem.
Statorové a rotorové lopatky se vyrábí technologií přesného odlévání do skořepinových forem. Často používaným materiálem je například niklová superslitina Inconel 713LC. Jde o vysoce pevnostní materiál, který dobře snáší vysoké teploty. Tyto konstrukční materiály mají bohužel sníženou odolnost vůči oxidaci a korozi. Jedním ze způsobů jak zajistit dostatečnou odolnost vůči těmto vlivům je aplikace ochranné vrstvy na vnější povrch jednotlivých součástí. Tato vrstva odděluje materiály průtočných částí od přímého kontaktu s horkými spalinami, které vznikají ve spalovací komoře motoru. Ochranná vrstva je vlivem abrazivních vlastností horkých plynů spotřebovávána, avšak chrání samotné základní materiály průtočné části. Toto umožňuje zvýšení životnosti relativně drahých komponentů.
Nanesená ochranná vrstva (povlak) nesmí ovlivňovat mechanické vlastnosti chráněného materiálu. Pro nanášení ochranných povlaků existuje mnoho technologií a je zde velký optimalizační potenciál. Nejznámější technologie povlakování je na bázi hliníku modifikovaného prvky chromu nebo platiny. Tyto slitiny jsou nejčastěji ve formě granulátu. Za působení vysokých teplot dochází ke vzniku a následné reakci par a difúzi ochranné slitiny (např. CrAl) do základního materiálu, čímž se vytvoří ochranná vrstva. Přídavným tepelným opracováním lze dosáhnout výhodnějšího fázového složení povlaku a lepšího spojení se základním materiálem. Výhodou této metody je vznik relativně rovnoměrné vrstvy a tím i možnost povlakovat poměrně tvarově složité komponenty turbín. Úpravou parametrů při samotném povlakování lze regulovat tloušťku ochranné bariéry a hloubku nasycení materiálu povlakem. Tloušťka povlaků se pohybuje mezi 30 až 80μm přičemž povlak bývá se substrátem provázán až do 2/3 jeho celkové tloušťky.
Spolupracující vědci doc. Ing. Marta Kianicová, Ph.D. z Trenčianské univerzity Alexandra Dubčeka v Trenčíne, vědecký tým z Ústavu fyzikálního inženýrství na VUT v Brně pod vedením prof. RNDr. Jaroslava Pokludy, CSc., další vědecký tým z Ústavu materiálových věd a inženýrství na VUT v Brně vedeným prof. Ing. Tomášem Podrábským, CSc. spolu s odborníky z První brněnské strojírny Velká Bíteš nalezli a otestovali technicko-technologické řešení spočívající v použití ochranného povrchu niklové superslitiny, který je odolnější proti korozi a oxidaci. Struktura povlaku je optimalizována s ohledem na maximální účinnost turbíny. Povrch odlitku je nově pokryt aluminidním povlakem o tloušťce 30 až 90μm a sestává se z vnější a vnitřní subvrstvy. Vytváření aluminidního povlaku probíhá nízko-aktivním depozičním procesem, kdy je k povrchu dopravována chemická sloučenina na bázi hliníku, která následně reaguje se základním materiálem odlitku a tím vytváří ochranný povlak. Vnější vrstva je tvořena především matricí NiAl a tvoří zásobárnu hliníku, který je potřebný na tvorku ochranného oxidu. Vnitřní subvrstva je taktéž tvořena matricí NiAl, ale obsahuje i velké množství přísad žáruvzdorných prvků. Dílce průtočných částí proudových a turbínových motorů, které jsou potaženy touto ochrannou vrstvou (povlakem) zajistí vyšší stupeň ochrany před agresivními produkty spalování.
Tento způsob ochrany před agresivními produkty spalování je chráněn užitným vzorem Konstrukce průtočných částí proudových a turbínových motorů.
