Corrosion Testing of Coatings for Turbine Components in Geothermal Environment

Geothermal turbine components, including blades and rotor, can be subject to corrosion and erosion damage due to exposure to geothermal steam. This is due to moisture in the turbines and the presence of corrosive species such as H2S and CO2 in geothermal steam. To mitigate these effects the components could be protected with resilient coatings. This has been used for steam turbines to some extent but the available products and methods are not necessarily feasible for geothermal environments. This thesis focuses on corrosion and erosion testing of various coatings with different composition. This includes nickel (Ni) and tungsten carbide (WC) based coatings as well as titanium (Ti) and aluminium oxide (Al2O3) coatings. The materials were tested in erosive and corrosive conditions in geothermal environment to determine their feasibility as protective coatings for geothermal turbines. The experiments showed that the test setup provided an environment that allowed for testing of the erosion and corrosion resistance of thermally sprayed coatings in geothermal steam. All the coatings appeared to experience a certain degree of erosion and corrosion. The high velocity oxygen fuel (HVOF) sprayed WC coatings with Co and Cr additives did not show good performance. The 86WC10Co4Cr coating was porous, allowing for considerable corrosion of the base material under the coating, and the other was brittle and possibly cracked. The welded WC did not appear to have adhered suffciently and the substrate was exposed in numerous areas. The HVOF Ni-12.5Cr coatings suffered considerable corrosion and erosion. These signs were found to a lesser degree on the HVOF sprayed Ni-Cu but this material appeared porous. Both the Ti and Al2O3 were very erosion resistant but porous. The HVOF Ni-20CrCo coating was not detrimentally porous and suffered relatively little erosion and corrosion. It is therefore considered the most promising solution for continuing testing as a protective coating against erosion and corrosion.Jarðhitahverflar geta orðið fyrir skemmdum af völdum tæringar og slits. Skemmdir verða til vegna dropamyndunar í hverflunum og tærandi efna á borð við H2S og CO2 í jarðhitagufunni. Áhrifin geta verið sérstaklega áberandi á blöðum og ásum hverflanna. Ein leið til að verjast þessu er að húða þá með slitsterku og tæringarþolnu efni. Slíkar lausnir hafa verið notaðar í hverflum en val þeirra þarf að vera sérsniðið að jarðhitaumhverfum. Í þessu verkefni voru tæringar- og slitþol nokkurra húðana könnuð. Þessar húðanir samanstanda af nikkel (Ni) og tungsten-karbíð (WC) grunnum, auk títaníum (Ti) og áloxíð (Al2O3) húðana. Þessi efni voru prófuð í slit- og tæringarumhverfi í jarðhita til að meta fýsileika þess að nota þau sem varnarlag á blöðum og ásum jarðhitahverfla. Niðurstöður sýndu að það var hægt að framkalla viðeigandi umhverfi í sýnabúnaðinum til að prófa tæringar- og slitþol varmasprautaðra húðana í jarðhitagufu. Allar húðanirnar sýndu einhver merki slits og tæringar. WC húðanirnar með kóbalt (Co) og króm (Cr) íblöndunarefnum, sprautaðar með "high velocity oxygen fuel" (HVOF), gáfu lélegar niðurstöður. 86WC10Co4Cr húðunin var gleypin sem olli tæringu á undirlaginu og hin gerðin var stökk með mögulegar sprungur. Ásoðnu WC húðanirnar voru ekki þekjandi og grunnefnið komst í snertingu við ytra umhverfi. HVOF Ni-12.5Cr húðanirnar voru báðar töluvert tærðar og sýndu ekki merki um um gott slitþol. Þessi áhrif sáust í minna magni í HVOF sprautuðu Ni-Cu húðuninni en hún reyndist gleypin. Bæði Ti og Al2O3 húðanirnar voru gleypnar en þær voru mjög slitþolnar. HVOF Ni-20CrCo húðunin sýndi gott slitþol og engin auðséð skaðleg áhrif sökum gleypni. Niðurstaða rannsókna er að HVOF Ni-20CrCo húðunin er talin vera besti kostur til frekari rannsókna og þróunar sem tæringar- og slitþolsvörn