Enhancing wear resistance of complex-shaped dual-use mechanical components

Abstract

EN: Purpose. To provide a scientific foundation for a technological approach to significantly increase the wear resistance of gas turbine engine (GTE) nozzle guide vanes (NGVs) by applying advanced protective coating deposition methods. Research methods. The research methods included the selection of typical materials for investigation (ZhS6U and Inconel 718 alloys), a review of multifunctional coating systems and their classifications (Thermal Barrier Coatings (TBCs), wear resistant metallo ceramic coatings (Wear-Resistant Cermet Systems), an analysis of spraying methods (Detonation Spraying (D-Gun), High-Velocity Oxygen Fuel (HVOF), and Atmospheric Plasma Spraying (APS)), and a review of scientific studies that confirm the effectiveness of these methods. Results. The analysis of existing research and literature has shown that the detonation spraying technology is uniquely and most suitably applicable for solving the stated problem, as it is capable of forming a Cr₃C₂-NiCr system coating with the required combination of properties: high density, excellent adhesion, and, most important, a favorable field of residual compressive stresses. Scientific novelty. The systematic approach to solving the complex problem of protecting NGV blades (dual-use parts and mechanisms) by applying the detonation spraying technology, which is known for its ability to form exceptionally dense and wear-resistant coatings. Practical value. Potential possibility to increase significantly the time between overhauls, reliability, and combat readiness of critically important GTE components. UK: 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.