ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ СКЛАДНОПРОФІЛЬНИХ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНІЗМІВ ПОДВІЙНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-4-3Ключові слова:
ГТД, лопатка соплового апарату (СА), суперсплав, ерозія твердими частинками, високотемпературна газова корозія, окислення, ТВС, D-Gun, HVOF, APS.Анотація
Мета роботи. Метою даної роботи є наукове обґрунтування технологічного підходу до значного підвищення зносостійкості лопаток соплового апарату(СА) ГТД шляхом застосування передових методів нанесення захисних покриттів.
Методи дослідження. Методи дослідження включали підбір типових матеріалів для проведення досліджень (сплави ЖС6У та Inconel 718), розгляд багатофункціональних систем покриттів та їх класифікацій (теплозахисні покриття (Thermal Barrier Coatings, TBC), зносостійкі металокерамічні системи (Wear-Resistant Cermet Systems)), методи напилення (детонаційне напилення (Detonation Spraying, D-Gun), високошвидкісним киснево-паливним (High Velocity Oxygen Fuel, HVOF, атмосферним плазмовим напиленням (Atmospheric Plasma Spraying, APS) та аналіз наукових досліджень, що підтверджують ефективність зазначених методів.
Отримані результати. Аналіз наявних досліджень та літератури показав, що технологія детонаційного напилення є унікальною та найбільш придатною для вирішення поставленої задачі, оскільки вона здатна сформувати покриття системи Cr3C2-NiCr з необхідною комбінацією властивостей: високою щільністю, відмінною адгезією та, що найважливіше, сприятливим полем залишкових напружень стиснення.
Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає у системному підході до вирішення складної проблеми захисту лопаток СА (деталей та механізмів подвійного призначення) шляхом застосування технології детонаційного напилення, яка відома своєю здатністю формувати надзвичайно щільні та зносостійкі покриття.
Практична цінність. Практичне значення дослідження полягає у потенційній можливості суттєвого збільшення міжремонтного ресурсу, надійності та боєготовності критично важливих елементів ГТД.
Посилання
Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбин-ные двигатели. Конструкция и расчет деталей: учеб-ник. 4-е изд., перераб. и доп. / Скубачевский Г. С. М. : Машиностроение, 1981. – 552 с.
Иноземцев А. А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2: Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства: учебник / Иноземцев А. А., Нихамкин М. А., Сандрацкий В. Л. – М. : Машиностроение, 2008. – 464 с.
Reed, R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications / Reed, R. C. // Cambridge University Press, 2006. https://doi.org/10.1017/CBO9780511541285.
Donachie, M. J. Superalloys: A Technical Guide (2nd ed.) / Donachie, M.J., & Donachie, S.J. // ASM International, 2002.
https://doi.org/10.31399/asm.tb.stg.9781627082335.
Padture, N. P. Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications / Padture, N. P., Gell, M., & Jordan, E. H. // MRS Bulletin, 2012. – 37(10), Р. 891–897. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.232.
Pawlowski L. The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. 2nd ed. Chichester : John Wiley & Sons, 2008. – 642 p. ISBN 978-0-471-49049-4.
Holmberg K. Coatings Tribology: Properties, Techniques and Applications in Surface Engineering / Holmberg K., Matthews A. // 2nd ed. Amsterdam: Else-vier, 2009. – 732 p. ISBN 978-0-444-52750-9.
Panjan, P. The shadowing effect in PVD hard coatings / Panjan, P., Čekada, M., & Panjan, M. // Coat-ings, 2013. – 3(1)/ – P. 23–34.
Padture, N. P. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications / Padture, N. P., Gell, M., & Jordan, E. H. // Science, 2002. – 296(5566). – Р. 280–284.
Hutchings, I. M. Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials (2nd ed.) / Hutchings, I. M., & Shipway, P. H. // Butterworth-Heinemann, 2017.
Birks, N. Introduction to High-Temperature Oxidation and Corrosion (2nd ed.) / Birks, N., Meier, G. H., & Pettit, F. S. // Cambridge University Press, 2006. https://doi.org/10.1017/CBO9780511617541.
S. Matthews The role of microstructure in the high temperature oxidation mechanism of Cr3C2-NiCr composite coatings / S. Matthews , B. James , M. Hyland . // Corrosion Science. – 2009. – Vol. 51, No 5. – P. 1172–1180. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.02.027.
Hertzberg, R. W. Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials (5th ed.) / Hertzberg, R. W., Vinci, R. P., & Hertzberg, J. L. // John Wiley & Sons, 2013.
Зубченко, А. С. Марочник сталей и сплавов (2-е изд., доп. и испр.) / Зубченко, А. С. – М. : Маши-ностроение. – 2003.
Aifantis, E. C. Gradient material mechanics: Perspectives and Prospects / Aifantis, E. C. // Acta Mech 225, 2014. – Р. 999–1012. https://doi.org/10.1007/s00707-013-1076-y.
Sargent, H. B., Poorman, R. M., & Lamprey, H. (1955). U.S. Patent No 2, 714,563.
Lakhwinder, S. A Review on Detonation Gun Sprayed Coatings / Lakhwinder, S., Vikas, C., & Grewal, J. S. // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2012. – 11(3). – P. 243–265.
Thorpe, M. L. A pragmatic analysis and comparison of HVOF processes / Thorpe, M. L., Richter, H.J. // JTST 1, 1992. – P. 161–170. https://doi.org/10.1007/BF02659017.
Vagge, S. T. Thermal barrier coatings: Review / Vagge, S. T., & Ghogare, S. // Materials Today: Proceedings, 2022. – 56. – P. – 1201–1216. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.170.
ISO 2063-1:2019. Thermal spraying – Zinc, aluminium and their alloys – Part 1: Design considerations and quality requirements for corrosion protection systems.
ISO 2063-2:2017. Thermal spraying – Zinc, aluminium and their alloys – Part 2: Execution of corrosion protection systems.
ASTM C633-13(2022). Standard Test Method for Adhesion or Cohesion Strength of Thermal Spray Coatings.
ASTM International. (2023). Standard Test Method for Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets (Standard No. ASTM G76-18(2023)).
W. Zhou “Fundamentals of Scanning Electron Microscopy (SEM),” in Scanning Microscopy for Nanotechnology / W. Zhou, R. Apkarian, Z. L. Wang and D. Joy // Springer, 2007. – P. 1–40.
Girão, A. V. Application of Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) / Girão, A. V., Caputo, G., & Ferro, M. C. In Comprehensive Analytical Chemistry, 2017. – Vol. 75 – P. 153–166). Elsevier. https://doi.org/10.1016/bs.coac.2016.10.002.
Singh, P. K. (2024, June). X-Ray Diffraction (XRD)-Basic principle, instrumentation, sample preparation, XRD plots, applications of XRD, XRD sample based errors. ResearchGate.
Lakhwinder, S. A Review on Detonation Gun Sprayed Coatings / Lakhwinder, S., Vikas, C., & Grewal, J. S. // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2012. – 11(3). – P. 243–265.
Verma, A. K. A Comparative Study of Mechani-cal and Thermo-Mechanical Properties of Cr3C2-NiCr Coatings Depositedby HVOF, D-Gun and Cold Spraying / Verma, A. K., Singh, H., & Kumar, D. // Journal of Miner-als and Materials Characterization and Engineering, 2013. – 11(3)/ – P. 221–228.
Yu, H. Experimental Study on the Effect of Gradient Interface on the Mechanical Properties of Cu/WCP Functionally Gradient Materi-als Using Digital Image Correlation Technique / Yu, H., Liu, Y., Hu, Y., Ta, M. // Materials 2022. – 15, 4004.
https://doi.org/10.3390/ma15114004.
Shrestha, T. (2024, January). Gas turbine coat-ing's life cycle / Shrestha, T. // Thermal Processing, (2024, January). – P. 20–22.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
-
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
