Защитные покрытия рабочих лопаток турбин

Направление решения проблемы газовой коррозии. Требования к покрытиям. Диффузионные покрытия, порошковый и шликерный метод.

Высокотемпературное окисление жаропрочных никелевых сплавов в сочетании с солевой коррозией существенно ограничивает ресурс рабочих лопаток турбин.

Решение проблем газовой коррозии авиационных ГТД осуществляется по следующим направлениям:

1. Удаление вредных примесей содержащихся в топливе и воздухе- экономически не выгодно. В топливе- удорожание топлива; в воздухе- сложно
2. Создание новых жаропрочных сплавов. Это наукоемкий процесс на перспективу. Сейчас перепробовали разные составы легирующих элементов, и сплавы мало отличаются друг от друга
3. конструктивное совершенствование системы охлаждения турбин
4. создание эффективных защитных покрытий предохраняющих от высокотемпературного окисления (ВТО).

Применяются покрытия на основе:1. на основе алюминия, кремния; 2. комплексные покрытия алюминия, кремния, кобальта 3. многослойные покрытия

для жаропрочных сплавов это покрытия алюминидного класса, т. е. покрытия, образующие на поверхности в процессе эксплуатации защитную оксидную пленку из оксида Al₂O₃

Требования к покрытиям:

1. высокая жаростойкость в условиях воздействия газовой среды. Это обеспечивается: способностью материала покрытия образованию тонкой защитной оксидной пленки; хорошей адгезией к металлу и минимальной диффузионной проницаемостью
2. должно обладать низкой скоростью диффузионного воздействия с защищенным материалом, быть инертным, стабильным по толщине.
3. должно обладать высокой прочностью, вязкостью и пластичностью, исключающей возможность преждевременного разрушения под действием термомеханических циклических нагрузок
4. коэффициент линейного расширения должен быть близким с основой.

В 60-е годы был разработан метод алитирования, что увеличило ресурс лопаток в 2-3 раза в то время.

В ГТД следующих поколений темп. газа перед турбиной увеличилась, повышалась теплонапряженность рабочих лопаток, из-за низкой пластичности алитированных диффузионных покрытий; стали образовываться термоусталостные трещины.

В конце 70-х годов были созданы новые тех процессы на основе ионно-плазменного нанесения покрытий, что позволило разработать серию принципиально новых покрытий и многослойных покрытий.

Жаростойкие защитные покрытия (ЖЗП) условно делят на диффузионные и конденсационные.

Диффузионные защитные покрытия - это покрытия, в процессе осаждения которых и последующего диффузионного отжига формируется защитный слой в результате взаимной диффузии химических элементов материала подложки- жаропрочного никелевого сплава и осажденного материала. Переход между диффузионным слоем и металлом основы непрерывен и характеризуется постепенным снижением концентрации продиффундировавших элементов.

Покрытие представляет собой диффузионную зону, в состав которой входят химические элементы подложки, следовательно, состав и свойства диффузионного покрытия определяются не только осажденным на поверхности материалом, но и составом жаропрочного никелевого сплава. Диф покрытие меняет геометрию детали незначительно.

Конденсационные ЗП- это покрытия (нанесенные методом напыления) имеющие переходную диффузионную зону с материалом основы и собственно покрытия. Диффузионная зона ограничивается узкой областью. На границе раздела покрытие- основа хим состав изменяется скачкообразно. Состав покрытия определяет состав осажденного материала и технология осаждения хим состав напыленных покрытий не зависит от материала основы. Технология дает возможность регулировать физико-химические и физико-механические свойства покрытия. Напыленные покрытия всегда связаны с изменением размеров детали.

Диффузионные защитные покрытия (алитирование).

В мировой практике существуют следующие методы нанесения диф покрытий:

· диффузионное насыщение поверхности (в порошковых засыпках, газо-циркулярным способом вакуумным осаждением)

· шликерный метод

· золь-гель метод

· электрохимические и химические методы

Дата добавления: 2014-01-07