Зайцев Олександр Вікторович. Розробка матеріалів для захисту деталей авіаційних двигунів від високотемпературної ерозії

Краткое описание

Зайцев Олександр Вікторович. Розробка матеріалів для захисту деталей авіаційних двигунів від високотемпературної ерозії : Дис... канд. наук: 05.02.01 - 2008.

Зайцев А.В. Розробка матеріалів для захисту деталей авіаційних двигунів від високотемпературної ерозії. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2007.
Дисертація спрямована на розробку термозахисних газотермічних покриттів, які підвищують експлуатаційні характеристики жаростійкого сплава ВЖ 98, з якого виготовлена жарова труба камери згоряння газотурбінного двигуна. При цьому підвищується температура в камері згорання до 1200С, а також підвищується строк експлуатації до 20000 годин.
Визначені вимоги до покриття, досліджені його структури, фазовий склад, кінетика і механізм його формування.
Запропоновано термозахисне покриття, яке складається з трьох шарів, призначення яких різне.
Вперше розглянуто процес формування покриття з боку основи і показано, що після удару каплі об поверхню основи вона перетворюється в павукоподібну форму, а після охолодження формується як розетка”, тому і утворюються пори у покритті.
Виконано математичну оптимізацію технологічних параметрів газотермічного напилення.
Розроблена технологія захисту жарових труб камери згоряння газотурбінних двигунів, показана економічність впровадження розробленої технології у промисловість.

1. Проведений літературний огляд вітчизняних і закордонних патентів дозволив обґрунтувати спосіб газотермічного напилювання як найбільш перспективний для захисту деталей камери згоряння сучасних газотурбінних двигунів. Встановлено, що для формування покриття з оксидів типу двуокису цирконію треба застосувати плазмовий струмінь.
2. Вивчення умов роботи найбільш температурнонавантажених деталей газотурбінних двигунів, а саме: жарової труби камери згоряння , визначило вимоги до високотемпературного покриття. Їх здатне задовольнити тільки композиційне покриття на основі металу і кераміки.
3. Відсутність необхідної композиції порошків для одержання високотемпературного покриття із заданими властивостями вимагала проведення досліджень по одержанню необхідного співвідношення компонентів у покритті. Проведені дослідження із плакування, конгломерування й змішування порошків механічно і в плазмовому струмені показали, що самим універсальним способом є змішування порошків у струмені плазми.
4. Вперше розглянуто процес формування покриття з боку основи. При цьому була розроблена методика виготовлення мікрошліфів для світлової і електронної мікроскопії. Показано, що капля при її польоті в газопорошковому струмені змінює свою форму і після удару об поверхню металу набуває павукоподібної форми, а після остигання нагадує форму "розетки". Цим пояснюється наявність у покритті пор і зниження міцності покриття в порівнянні з компактним матеріалом.
5. Застосовуючи математичні методи, проведена оптимізація технологічного процесу плазмового напилювання, яка дозволила провести розрахунки кращих режимів технологічного процесу для одержання заздалегідь заданих властивостей. Розроблені рівняння є універсальними і можуть бути застосовані для інших композицій матеріалів.
6. Рентгеноструктурний аналіз покриття на основі нікелю й діоксиду цирконію показав, що при напилюванні і експлуатації даної композиції при високій температурі понад 1200С спостерігається перехід a- фази в g-фазу. Поліморфізм значно знижує теплотехнічні властивості покриттів. Підвищити температуру початку поліморфізму можливо стабілізацією діоксиду цирконію окисом кальцію, окисом іттрія або термічною обробкою порошків перед напилюванням.

Розроблена на основі проведених досліджень технологічна інструкція з нанесення тришарового термозахисного покриття на основі діоксиду цирконію є практичним керівництвом для інженерів, техніків і робітників, які працюють в областях одержання захисних покриттів.

8. Промислові випробування жарових труб камери згоряння газотурбінного двигуна показали, що температуру в камері згоряння можна підняти до 1200С, а довговічність роботи деталі з покриттям збільшити до 20000 годин.
9. Даний технологічний процес впроваджений на підприємстві ОАО "Мотор Січ", у ЗМКБ "Прогрес". У цей час наноситься жаростійке покриття на жарові труби 7 моделей двигунів.
10. Економічний ефект від впровадження жаростійких покриттів на жарові труби становить 150,5 тис. гривень на один двигун в межах ресурсу 20000 годин.