वास्तविक इंजन या टरबाइन स्थितियों में TBC की सामान्य सर्विस लाइफ कितनी होती है?
विश्वसनीयता इंजीनियरिंग और रखरखाव के दृष्टिकोण से, थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) का सेवा जीवन एक निश्चित संख्या नहीं होता, बल्कि यह अत्यधिक तापमान, थर्मल साइक्लिंग, यांत्रिक तनाव और पर्यावरणीय कारकों के जटिल अंतःक्रिया से निर्धारित एक सांख्यिकीय रूप से परिवर्तनशील जीवनकाल होता है। वास्तविक इंजन स्थितियों में, TBCs उपभोज्य घटक होते हैं जिन्हें क्रमिक रूप से क्षीण होने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, और उनका जीवनकाल घटक ओवरहाल अंतराल का एक महत्वपूर्ण निर्धारक होता है।
सामान्य सेवा जीवन सीमा
TBC प्रणाली का परिचालन जीवन विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों में कर्तव्य चक्रों और विफलता मानदंडों के अंतर के कारण काफी भिन्न होता है।
एयरोस्पेस जेट इंजन: उच्च दबाव टर्बाइन ब्लेड्स और वेन्स पर लगाए गए TBCs सबसे गंभीर थर्मोमैकेनिकल थकान का सामना करते हैं। सेवा जीवन आमतौर पर 3,000 से 15,000 चक्रों (टेक-ऑफ, क्लाइंब, क्रूज़, डिसेंट) या लगभग 10,000 से 30,000 इंजन ऑपरेटिंग घंटे तक होता है, जिसके बाद ओवरहाल की आवश्यकता होती है। नोज़ल गाइड वेन्स, जो कम अपकेंद्रिक तनाव झेलते हैं, आमतौर पर अधिक समय तक चलते हैं।
स्थल-आधारित पावर जनरेशन टर्बाइन: ये टर्बाइन लंबे, स्थिर चक्रों पर लेकिन बहुत लंबे समय तक संचालित होते हैं। यहाँ TBC का जीवनकाल आमतौर पर हजारों स्टार्ट्स और 24,000 से 48,000+ ऑपरेटिंग घंटे (लगभग 3–5+ वर्ष का निरंतर संचालन) तक होता है, जिसके बाद निरीक्षण या नवीनीकरण आवश्यक होता है।
औद्योगिक और समुद्री टर्बाइन: इनका परिचालन प्रोफाइल एयरो और पावर जेन के बीच होता है, और उनका जीवनकाल विशिष्ट ड्यूटी साइकिल और ईंधन गुणवत्ता पर अत्यधिक निर्भर करता है।
प्रमुख विफलता तंत्र और जीवन सीमित करने वाले कारक
TBC बिना चेतावनी के अचानक विफल नहीं होते; वे क्रमिक क्षति संचय से गुजरते हैं। प्रमुख विफलता मोड स्पैलेशन है — यानी सिरेमिक टॉप कोट का परतों से अलग होना और गिरना। यह कई प्रमुख तंत्रों से प्रेरित होता है:
थर्मली ग्रोन ऑक्साइड (TGO) का विकास और अस्थिरता: यह सबसे महत्वपूर्ण जीवन-सीमित कारक है। बॉन्ड कोट (जैसे MCrAlY) ऑक्सीकरण होकर α-एल्यूमिना की एक पतली, सुरक्षात्मक TGO परत बनाता है। सेवा के दौरान यह परत जैसे-जैसे मोटी होती जाती है (समय और तापमान का फलन), इसमें वृद्धि तनाव उत्पन्न होते हैं और यह रासायनिक रूप से अस्थिर हो सकती है। TGO की इंटरफेस पर झुर्रियां और दरारें स्पैलेशन की प्राथमिक शुरुआत होती हैं। बॉन्ड कोट की स्थिरता, जो अक्सर एक विशेषीकृत सुपरएलॉय होती है, अत्यंत महत्वपूर्ण है।
थर्मल साइक्लिंग और थकान: प्रत्येक इंजन स्टार्ट-स्टॉप चक्र विशाल थर्मल परिवर्तन उत्पन्न करता है। सिरेमिक टॉप कोट (जैसे YSZ) और धात्विक सब्सट्रेट के बीच तापीय प्रसार गुणांक (CTE) के असंतुलन से चक्रीय तनाव उत्पन्न होते हैं, जो सूक्ष्म दरारों, दरार प्रसार और अंततः स्पैलेशन की ओर ले जाते हैं।
टॉप कोट का सिंटरिंग: उच्च तापमान पर निरंतर संचालन के दौरान, TBC की छिद्रपूर्ण सूक्ष्मसंरचना (जो कम थर्मल चालकता के लिए आवश्यक है) सिंटर होकर घनी हो जाती है। इससे कोटिंग कठोर होती है, उसकी ऊष्मीय चालकता बढ़ती है (इन्सुलेशन कम होता है), और यह तनाव के तहत स्पैलेशन के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है।
पर्यावरणीय क्षति (CMAS और अपरदन): अंदर खींची गई रेत और धूल कैल्शियम-मैग्नीशियम-एल्युमिनो-सिलिकेट (CMAS) ग्लास बनाकर पिघल सकती हैं, जो TBC के छिद्रों में प्रवेश करती हैं, उसकी तनाव सहनशीलता को घटाती हैं और सिंटरिंग को तेज करती हैं। कणों का अपरदन भी समय के साथ कोटिंग सामग्री को यांत्रिक रूप से हटाता है।
पूर्वानुमेय जीवन और विश्वसनीयता के लिए इंजीनियरिंग
इन सेवा जीवनों को प्राप्त करने और भविष्यवाणी करने के लिए एक प्रणालीगत इंजीनियरिंग दृष्टिकोण आवश्यक है:
उन्नत विनिर्माण: अनुप्रयोग विधि — एयरो इंजन के लिए कॉलमनर-संरचित कोटिंग हेतु इलेक्ट्रॉन बीम फिजिकल वेपर डिपोज़िशन (EB-PVD) या औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए लेमेलर-संरचित कोटिंग हेतु एयर प्लाज़्मा स्प्रे (APS) — घटक और ड्यूटी साइकिल के अनुसार जीवन और तनाव सहनशीलता को अनुकूलित करने के लिए चुनी जाती है।
प्रक्रिया नियंत्रण और निरीक्षण: कोटिंग जीवन की शुरुआत गुणवत्ता से होती है। प्रदाताओं को एयरोस्पेस के लिए NADCAP जैसे कठोर मानकों का पालन करना चाहिए। इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी जैसी नॉन-डिस्ट्रक्टिव निरीक्षण तकनीकों का उपयोग सेवा से पहले आसंजन दोषों का पता लगाने के लिए किया जाता है।
जीवन भविष्यवाणी मॉडल और स्थिति निगरानी: सेवा जीवन की भविष्यवाणी उन्नत भौतिकी-आधारित मॉडलों का उपयोग करके की जाती है जो TGO वृद्धि, चक्रीय तनाव और सामग्री गुणों को ध्यान में रखते हैं। सेवा के दौरान, इंजन हेल्थ मॉनिटरिंग सिस्टम परिचालन मापदंडों (तापमान, चक्रों) को ट्रैक करते हैं ताकि संचयी क्षति का अनुमान लगाया जा सके और रखरखाव की योजना बनाई जा सके।
मरम्मत योग्यता: TBC की आर्थिक व्यवहार्यता अक्सर ओवरहाल के दौरान घटकों को स्ट्रिप और री-कोट करने की क्षमता पर निर्भर करती है। रीमैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि अधिष्ठान सुपरएलॉय सब्सट्रेट को नुकसान से बचाया जा सके।
