Dla zapewnienia trwałości i niezawodności komponentów energetycznych narażonych na erozję, korozję oraz wysokie temperatury kluczowy jest dobór odpowiednich materiałów. W praktyce najczęściej stosowane są:
Powłoki węglikowe:
Cr₃C₂-NiCr
Jednym z najpopularniejszych materiałów ochronnych w energetyce są powłoki oparte na węgliku chromu w osnowie niklowo-chromowej (Cr₃C₂-NiCr). Zapewniają one bardzo wysoką twardość, odporność na erozję i zużycie nawet w temperaturach do ok. 850 °C. Struktura tych powłok składa się z rozproszonych cząstek węglików osadzonych w metalicznej osnowie, co łączy odporność ceramiki z ciągliwością metalu.
Wysoka odporność na ścieranie i korozję termiczną czyni je idealnymi do ochrony elementów takich jak:
- turbinowe komponenty wirujące,
- elementy pomp i zaworów,
- powierzchnie tłoków i wałów narażone na intensywną erozję cząstek gazowych.
Bariery termicznie – TBC (Thermal Barrier Coatings)
Powłoki TBC to zaawansowane systemy ceramiczne stosowane przede wszystkim do izolacji termicznej elementów pracujących przy ekstremalnych temperaturach, np. w turbinach gazowych i sekcjach spalania. Głównym zadaniem TBC jest ograniczenie przenikania ciepła do podłoża metalowego, co pozwala podwyższyć temperaturę pracy i wydłużyć żywotność części narażonych na oddziaływanie wysokich temperatur.
Najczęściej stosowanym materiałem jest stabilizowany tlenek cyrkonu (np. YSZ – Yttria Stabilized Zirconia), charakteryzujący się niską przewodnością cieplną i dobrą odpornością na zmiany temperatury.
Powłoki TBC są zwykle układami wielowarstwowymi, w których ceramiczna warstwa izolacyjna jest nanoszona na metaliczny „bond coat” (np. stop NiCrAlY), poprawiający przyczepność i odporność na utlenianie.
Stopy metali odpornych na utlenianie i korozję:
NiCrAlY
CoNiCrAlY
NiAl
Stopy niklu
W systemach wymagających odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, korozję wysokotemperaturową i cykliczne naprężenia stosowane są stopy niklu i kobaltu z innymi pierwiastkami.
Dzięki powłokom MCrAlY oraz TBC możliwe jest znaczne ograniczenie tych negatywnych skutków, co wydłuża żywotność elementów pracujących w trudnych warunkach.