Дослідження та оцінка термоциклічної стійкості плазмових ущільнюючих покриттів для вузлів газотурбінних установок

Abstract

UK: Актуальність роботи. Одним з раціональних способів підвищення зносостійкості деталей машин є локальний захист ділянок підвищеного зносу елементами зі зносостійких матеріалів. Таку захисну структуру можна забезпечити попереднім нанесенням покриттів за допомогою плазмового напилювання. Це зокрема, стосується плазмового ущільнюючого покриття вузлів газотурбінних установок, які, наприклад, використовуються в складі суднового обладнання. При цьому зазначені вузли неминуче піддаються впливу досить високих температур, зокрема термоудару, що може призвести до руйнування покриття. У зв’язку з цим робота спрямована на пошук рішення актуального науково-практичного завданн я – отримання ущільнюючих покриттів, виконаних плазмовим напилюванням, стійких до термоудару та аналіз умов експлуатації ущільнюючих покриттів для оцінювання їх впливу на напилений шар. Мета роботи – визначення термічної стійкості ущільнюючих покритті, в тому числі при термоциклічних випробуваннях на газодинамічному стенді, та оцінка впливу умов експлуатації на мікроструктуру і фазовий склад напиленого шару. Методи дослідження. Для дослідження мікроструктури використана оптична і растрова електронна мікроскопія. Твердість зразків вимірювали за допомогою твердоміра Віккерса. Використовувалась розроблена установка для визначення стійкості покриття до теплозмін. Проводився ренгенофазовий аналіз. Результати. Запропоновані ущільнення на основі самофлюсуючогося сплаву ПГ-10К-01 з добавками твердих змащень С(Ni) і BN(Ni) можуть працювати за температур до 1000...1050 °С, що відповідає умовам в продуктах згоряння палива ДС. У результаті випробувань встановлено, що два варіанти розроблених ущільнень ПГ-10К-01+20 %C(Ni) і ПГ-10К-01+20 %BN(Ni) за корозійно-ерозійною і термічною стійкыстю перевершує серійне осередкове (стільникове) ущільнення з серійним наповнювачем УМ-16П. Наукова новизна. Уперше проведено комплексне дослідження та оцінка термоциклічної стійкості на термоудар ущільнюючих покриттів, виконаних плазмовим напиленням вузлів газотурбінних агрегатів. Встановлено, що в структурі яка напилена з цілеспрямованим вибором складових ПГ-10К-01+20 %C(Ni) і ПГ-10К-01+20 %BN(Ni) за корозійно-ерозійною і термічною стійкыстю перевершує серійне осередкове (стільникове) ущільнення з наповнювачем УМ-16Пта 20Б. Практична цінність. Показана принципова можливість заміни плазмового напилювання в контрольованій атмосфері плазмовим напиленням спеціально обраними складовими на повітрі, що дає суттєві технічні та технологічні переваги. Запропоновані модернізовані типи ущільнюючих покриттів, які суттєво переважають ті, що застосовувалися до сьогодні. EN: Relevance of work. One of the rational ways to increase the wear resistance of machine parts is to protect the areas of high wear with elements made of wear-resistant materials. Such a protective structure can be provided by pre-coating with a plasma spray. This applies in particular to plasma sealing units of gas turbine units, for example used in shipboard equipment. In this case, these units are inevitably exposed to sufficiently high temperatures, in particular thermal shock, which can lead to the destruction of the coating. In this regard, the work is aimed at finding a solution to the current scientific and practical problem - obtaining sealing coatings made by plasma spraying, heat-resistant and analysis of operating conditions of sealing coatings to assess their impact on the deposited layer. The purpose of the work is to determine the thermal stability of the sealing coatings, including in thermocyclic tests at the gas-dynamic stand, and to evaluate the effect of operating conditions on the microstructure and phase composition of the deposited layer. Research methods. Optical and scanning electron microscopy were used to study the microstructure. The hardness of the specimens was measured using a Vickers hardness tester. The developed installation was used to determine the resistance of the coating to heat changes. X-ray phase analysis was performed. Results The proposed seals based on self-fluxing alloy PG-10K-01 with the addition of solid lubricants C (Ni) and BN (Ni) can operate at temperatures up to 1000 ... 1050 ° C, which corresponds to the conditions in the combustion products of DS fuel. As a result of tests it is established that two variants of developed seals PG-10K-01-20% C (Ni) and PG-10K-01-20% BN (Ni) in terms of corrosion - erosion and thermal stability exceed serial mass (cell) seal with serial filler UM-16P. Scientific novelty.For the first time, a comprehensive study and evaluation of thermocyclic resistance to thermal shock of sealing coatings made by plasma spraying of units of gas turbine units were carried out. It is established that in the structure which is sprayed with purposeful choice of components PG-10K-01 + 20% C (Ni) and PG-10K-01 + +20% BN (Ni) in terms of corrosion-erosion and thermal stability exceeds the serial cellular (cellular) ) seals with filler UM-16Pta 20B. Practical value.The principle of plasma sputtering in a controlled atmosphere can be replaced by a plasma spraying of specially selected components in the air, which gives significant technical and technological advantages. Upgraded types of sealing coatings are proposed that are substantially superior to those used to date.