Forskare använde en dragmaskin för att dra ett metallprov med en keramisk termisk barriärbeläggning sprayad på dess yta. Med ett polariscope, de kunde mäta förändringar i brytningsindex som härrör från denna applicerade stam. Några av komponenterna i GHz -polariscope syns på vardera sidan av dragmaskinen. Upphovsman:Peter J. Schemmel, Heriot-Watt universitet
Forskare har visat, för första gången, att en optisk analysmetod kan avslöja svaga områden i keramiska termiska barriärbeläggningar som skyddar jetmotorturbiner från höga temperaturer och slitage. Tekniken kan användas för att förutsäga hur länge beläggningar skulle pågå på ett flygplan och så småningom kan leda till nya termiska barriärbeläggningar, göra motorer mer effektiva och minska både kostnader och föroreningar av flygresor.
Livslängden för en termisk barriärbeläggning som används på flygplatsturbinblad kan sträcka sig från så lite som 1, 000 timmar upp till 10, 000 timmar vid full turbintryck, även när beläggningen appliceras på exakt samma sätt. Eftersom livslängden är oförutsägbar och misslyckande under flygning kan vara katastrofalt, turbinblad planeras för utbyte baserat på den kortaste beräknade livslängden.
"Vår stammätningsteknik kan analysera beläggningarna omedelbart efter tillverkningen och arbeta med att identifiera de turbinblad som skulle hålla längst i flygplanet, "sa ledaren för forskargruppen, Andrew J. Moore, vid Heriot-Watt University, STORBRITANNIEN. "I sista hand, vi vill utveckla en bildanordning som visar töjningsfördelningen i beläggningen av ett helt turbinblad, information som skulle användas för att avgöra om det turbinbladet skulle tas i bruk. "
I tidskriften The Optical Society Optik Express , forskarna visade att förändringar i brytningsindex, ett mått på hur snabbt ljuset rör sig genom ett material, kunde observeras när en metallbit belagd med en keramisk termisk barriärbeläggning drogs kontrollerat. Moores forskargrupp samarbetar med Rolls-Royce, en ledande tillverkare av jetmotorer.
"Om vi kan korrelera hur töjningsfördelningen är relaterad till beläggningens livstid, då kan vi avgöra vilka beläggningar som först kommer att misslyckas och inte ska sättas i ett flygplan och vilka som kommer att pågå mycket längre, "sa Moore." Detta skulle öka tiden mellan tjänster avsevärt, vilket skulle innebära stora besparingar. "
Den nya tekniken kan också användas för att förutsäga livslängden för beläggningar som utvecklats för att vara mer tillförlitliga eller tolerera högre temperaturer, vilket gör att motorer kan köras mer effektivt. Det kan också komma att användas i fordons- och kärnkraftsapplikationer där keramik också används som termiska barriärer.
Genomskinlig genom ogenomskinliga material
Att använda gigahertz (GHz) belysning var nyckeln till den nya tekniken eftersom dessa våglängder kan färdas genom vissa ogenomskinliga material, som keramik, tillåter analys inifrån materialet. Synliga våglängder, å andra sidan, kan endast användas för ytanalys av ogenomskinliga material.
Forskarna testade sin teknik med metallbitar sprutade med samma keramiska beläggningar som används på Rolls Royce -turbinblad. De lade bitarna i en dragmaskin som belastade genom att långsamt dra i metallen. Forskare tillämpade sedan GHz-belysning (280-380 GHz) under processen, som reste genom den keramiska beläggningen och studsade av metallen under. Det reflekterade ljuset mättes sedan med ett polarisskop för att bestämma hur brytningsindexet för keramiken förändrades med den applicerade töjningen. Även om teamets nuvarande optiska inställningar endast förvärvar punktbaserade mätningar, forskarna säger att tekniken kan användas med en bildbehandling för att analysera ett helt blad.
"Med GHz -belysningen kunde vi se förändringar i brytningsindex med applicerad belastning, "sa Moore." Detta visar att vårt tillvägagångssätt skulle kunna tillämpas för kvalitetssäkring i framtiden. "
Forskarna började nyligen experimentera med att använda högre frekvensbelysning i terahertz (THz) -området, vilket kan förbättra teknikens rumsliga upplösning. I samarbete med Cranfield University, STORBRITANNIEN, de använder också sin teknik för att göra töjningsmätningar av keramiskt belagda metallprover som genomgår accelererad åldrande. "Vi kommer att se när beläggningarna misslyckas och sedan korrelera det med GHz- och THz -mätningar som vi tog innan åldringsprocessen, "sa Moore." Detta är ett steg mot att använda vår teknik för att identifiera vilka beläggningar som misslyckas först. "
