图18 VPS设备
1960年代后期1970年代早期，在实验室对候选PLASMAGUARDTM涂层成分进行大量腐蚀试验。进而选择GT-29作为最初的PLASMAGUARDTM涂层，因为它与最初的PtAl涂层相比，具有非常好的抗热腐蚀性能，能够满足现场要求（field need）。实验室试验工作被1970年代中期安装的彩虹转子的现场经验（field experience）所证实。到目前为止，该涂层已经积累了超过4万小时的成功运行经验，见图19。
图19 运行时间超过4万小时的承压面VPS涂层
1980年代中期，GE发现进气温度更高的燃气轮机（通常为1065℃以上的空冷机组和954℃以上的非冷却机组）要求更好的抗氧化性能，见图11。这就引入了具有专利的PLASMAGUARDTM GT-29 PLUS涂层。该涂层既具有经证实的优良的抗热腐蚀性能，也具有显著提高的抗氧化性能。GT-29 PLUS抗氧化性能的显著提高是通过增加涂层基体外
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部区域的铝含量实现的。运行过程中，铝含量更高的GT-29 PLUS形成一层抗氧化性更强的氧化层，显著提高抗高温氧化性能。先进的冷却、空心叶片采用PLASMAGUARDTM GT-29 IN-PLUSTM涂层。该涂层包括内腔、冷却孔和表面的一层扩散的、富铝层，防止其他方式可能产生的氧化。
最近，研发了一种新型的PLASMAGURADTM涂层，并在几台燃气机上进行了彩虹试验，经超过24000小时运行后具有优良的耐久性。该新型涂层GT-33与GT-29相比，具有更好的抗氧化性和抗裂纹开裂性。该涂层也可以同富铝的表层一起使用，获得最大的长期寿命。PLASMAGUARDTM GT-33目前用于F级燃气轮机。
近期也引入了叶片翻修涂层。这些被称为EXTEND-COATTM的涂层基于GT-29和GT-33 PLASMAGUARDTM成分，为用于经服役的零件而研发。几家获得认证的GE服务中心已经将这些涂层用于服务市场。
4.5 低温涂层
低温涂层主要用于后几级叶片，以及只进行部分负荷运行的燃机的第1级叶片，例如，7FA和9FA级燃气轮机第3级目前采用扩散型铬化物涂层。虽然该涂层不适于高温叶片，但在较低温度下足以起到抗腐蚀和氧化的作用。而且，在进行大量实验室腐蚀试验和力学性能试验后，研发了PLASMA-GUARDTM GT-43涂层成分，用于防止严苛的低温腐蚀。该GE专利的涂层同样采用VPS工艺，在彩虹转子试验中表现出优良的性能，证实了其实验室抗腐蚀性能。
4.6 围带（shroud）涂层
新型燃气轮机（比如6FA、7FA和9FA）与以往的重型燃气轮机相比，在更高的温度运行。因此，为了使第1级叶片的静止围带具有持久耐用性，使用PLASMA-GUARDTM GT-20涂层涂在高温内围带表面，见图20。研发的该涂层广泛用于GE航空发动机的围带。该涂层使表面具有非常强的抗氧化性能，而且是一种耐摩擦涂层（叶片顶端与静止围带有时会产生摩擦）。
图20 涂有PLASMA-GUARDTM GT-20涂层的7FA围带
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4.7 未来涂层
涂层研发是GE公司一项持续进行的工作，目的是进一步提高高温叶片涂层的抗氧化和热疲劳性能。除此之外，也在进行用于静止和转动燃气通道部件的先进热障涂层（TBCs）的研究工作。通过严格控制工艺，这些TBCs组织具有更好的抗热疲劳性能，其寿命也大大提高。目前正在对一些这样的涂层进行彩虹转子试验。
5 燃烧室硬件
燃烧室系统是一种多腔组合体，主要包括三部分：燃料喷射系统，圆筒状燃烧室套筒和连接件。由于燃气轮机进气温度的不断提高，需要更好的控制发射系统，为了提高重型燃气轮机的燃烧室硬件的能力，进行了大量卓有成效的工作。早期燃气轮机中简单的零部件现在成为非常复杂的零件组合体，要求采用非常复杂的材料和工艺。
改进材料的主要依据是提高高温蠕变持久强度。改进材料的同时还要维持材料良好的抗氧化/腐蚀性能。图21给出了目前使用的三个材料等级的蠕变持久强度，展示了强度提高情况。最新型的Nimonic263合金的使用温度比最初的AISI309不锈钢约高出140℃。1960年代至1980年代早期使用的Hastelloy-X合金的强度居于上述两种材料中间。
图21 N-263、Hasllestoy-X和309ss的持久强度比较
5.1 燃烧室套筒
自最初的AISI 309不锈钢天窗冷却套筒（louver cooled liner）以来，主要有两个变化：1960年代采用Hastelloy X/RA333合金和1970年代早期采用窄槽冷却套筒。窄槽冷却设计显著提高了套筒冷却效果，从材料角度看，对加工提出了新的挑战。装配主要采用钎焊和焊接的组合方式。另一方面，早期的套筒主要是机械成型的天窗通过焊接结构制成的。随着新型燃气轮机进气温度的提高，最近一些燃烧室套筒的后部采用HS-188合金，以提高蠕变持久强度。
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除了基体材料的改变，也包括先进和大功率燃机燃烧室套筒上使用热障涂层（TBC）。TBCs包括用于部件受热面的两种不同的材料：与零件表面紧密结合的涂层和涂层上的一层绝缘氧化物，总厚度是0.4~0.6mm。TBCs的特征和优点如图22所示，经涂层的套筒和显微组织如图23所示。TBCs的主要作用是降低了基体材料的温度，缓和了热传导效应或者不均匀的燃气温度分布。这些涂层目前已成为很多GE公司燃机的标准涂层，并在产品燃机上的表现优良。
图22 热障涂层的特征和优点
图23 经热障涂层的套筒，Hallestoy-X 和309ss
5.2 连接件
虽然没有套筒复杂，但是从材料/工艺的角度看，连接件更具有挑战性。因此，倾向于先将新材料用于连接件。从设计的角度看，对先进燃机进行了显著改进，比如增加壁厚、单件后端、肋、浮动气封设置、选择性冷却等等。这些设计改进是与材料的改进相匹配的。1950年代早期的连接件采用AISI309不锈钢制造。1960年代早期，工况条件更恶劣的零件采用镍基合金Hastelloy-X和RA-333。1970年，这些合金成为标准的连接件用材。1980年代早期，一种新型材料Nimonic263被用作MS7001和MS9001燃气轮机的连接件。该材料是一种沉淀强化镍基合金，强度比Hastelloy-X高。该合金在燃气轮机燃烧室研究实
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验室进行了大量试验，并在彩虹燃烧室硬件成功地进行了试验。Nimonic263合金连接件在MS7001燃气轮机上累计已有超过25000小时的成功运行经验。Nimonic263合金正在用于进气温度更高的燃气轮机，并将用于未来功率更大的燃气轮机。
自从1980年代早期以来，TBCs已被用于进气温度更高的燃气轮机，以提高燃气轮机的功率。超过几千小时的实机运行经验已证实该连接件涂层具有非常好的耐久性。最近还对后端（aft end）或框架区域（picture frame area）上的一些连接件的耐磨性进行了改进。通过热喷涂进行的钴基硬化涂层已进行了实机运行试验，最佳的喷涂工艺已证实气封部件的磨损寿命提高了4倍多。目前，选择出的涂层ExtendorTM被用于很多燃气轮机，以提高其磨损寿命。现在，该连接件气封磨损性能的提供也被应用在新兴产品燃气轮机。
6 透平和压气机轮盘
所有的GE重型燃气轮机的转子设计均采用螺栓把紧结构，即锻制的压气机和透平轮盘、定距块（连接压气机和透平）、间隔块（连接透平轮盘）和短轴由螺栓连接。转子中最关键的零件是透平轮盘，其要承受高温并应具有高强度和高韧性。而且，与航空发动机不同，这些轮盘的直径和截面厚度很大。基于这个原因，重型燃气轮机设计大量使用钢制轮盘。这就可以使用低的压气机压比（即低的压气机排气温度），并采用长的直叶片，允许轮盘燕尾槽低温运行。随着进气温度的提高，空冷轮盘的引入也扩大了钢制轮盘的应用。
随着进气温度和压比更高的先进7FA、9FA和6FA燃气轮机的出现，有必要采用镍基高温合金706作为透平叶轮和间隔块材料。使用该合金提高耐高温能力，能够满足目前7FA和9FA现在及未来进气温度的要求。
正如叶片和喷嘴材料那样，轮盘材料的开发要求进行全面的试验评价。例如，拉伸和蠕变/持久性能、组织稳定性、可检验性、断裂力学特性及产品机的可制造性是必须考虑和评价的性能。每一材料和供应商的工艺认证要求完整的试验评价。
6.1 透平轮盘工艺
目前GE制造的所有透平轮盘均采用真空电弧重熔（VAR）、电渣重熔（ESR）或钢包精炼加真空除气冶炼工艺。采用VAR工艺时，电极在真空条件下熔化后浇注进水冷铜坩埚。ESR工艺类似，只是在一层特殊的渣下进行重熔。由于采用两种工艺，均能使合金锭的整个合金过程呈现浅的熔池，合金锭的夹杂物和成分偏析都非常低，组织都非常均匀。
真空除气钢的低硫（小于0.005%）中心孔区域的显微组织和性能能够达到同VAR/ESR钢相同的水平。这是通过控制硫化物夹杂物的数量和形态实现的。镍基高温合金706的显微组织和性能控制是通过三重冶炼（VIM/VAR/ESR）实现的。合金的质量非常高，成分非常均匀，没有有害相。
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