ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Применение напыленных покрытий в авиационной промышленности. М. Левинстейн, Р Бете из "Получение покрытий высокотемпературным распылением " Защитные покрытия деталей реактивных двигателей делятся на две основные группы 1) покрытия между двумя контактирующими деталями, предназначенные для повышения сопротивления износу и 2) покрытия между деталью и агрессивной средой, вызывающей химическое или эрозионное разрушение детали. Обычно рассматриваются четыре типа износа. [c.70] В реактивных двигателях наибольший износ наблюдается в зоне сочленения поверхностей лопаток турбины или компрессора. При характерных для работы двигателей условиях эти сочленения испытывают полный набор рассмотренных механизмов разрушения и дополнительные высокие ударные нагрузки во время начала работы двигателя и при его остановке. Рабочая температура может изменяться от 17 до 871° С и выше. [c.70] Используемые для лопаток материалы включают сплавы на титановой основе для вентиляторов и компрессоров и сверхсплавы на никелевой основе для высокотемпературных секций турбин. Кроме температуры необходимым условием, определяющим возмо 1 ность применения материалов, является ресурс р аботы на турбовентиляторе в течение 12 000—30 000 ч. [c.71] Идеальным методом оценки применимости,покрытий в условиях ударного износа являются сами реактивные двигатели. Однако эти испытания очень дороги, и за время работы в большинстве случаев могут быть оценены только немногие покрытия. Поэтому основной отбор производится в лабораторных испытаниях, имитирующих условия работы двигателя. Аппаратура, созданная в лаборатории для отбора покрытий при испытаниях в условиях ударного и скользящего нагружения, позволяет проводить до 33 циклов нагружения в секунду при контактном давлении до 2870 кГ см со скоростью нагружения при ударе 127 см1сек и смещением при трении деталей 0,064 см Предусмотрен нагрев до 871° С. Покрытия, прошедшие успешно испытания в лабораторных условиях, направляются для испытаний на двигатель. [c.71] Температура испытания и контактные давления являются определяющими факторами при оценке качества покрытия. При 482° С и ниже прекрасные результаты показало Со — С-покрытие. Этот материал особенно пригоден для нанесения детонационным методом на замковые соединения компрессорных лопаток из титанового сплава. Отличные характеристики получены также при защите этим материалом узлов компрессорной турбины с максимальной температурой 537° С в жестких эксплуатационных условиях. Также хороши напыленные плазмой покрытия, но в некоторых случаях они не могут сравниться с детонационными Однако более низкая стоимость плазменных покрытий и широкое распространение плазменных установок оправдывает их применение. [c.71] Термин коррозия при трении часто используется огульно для описания любого износа, появляющегося при трении, тогда как действительный механизм этого вида коррозии отличен от характерных форм этого вида износа. Рассмотрим две формы коррозии при трении. Обычная коррозия наблюдается на многих деталях двигателей, включая лопатку и ласточкин хвост лопатки, цапфу, уплотнения, контрольные приводы и другие сопряженные детали. Классическая коррозия при трении — износ, возникающий при ограниченной амплитуде перемещения контактируемых поверхностей под действием вибрирующей нагрузки. Это очень специфическая форма износа, ограниченная контактирующимися поверхностями, не предназначенными для относительного перемещения (поверхности закрепленных фланцев, напрессованных втулок и т. п.). Относительное перемещение деталей в этом случае очень небольшое, и результирующий износ обусловлен главным образом чередующимися напряжениями, возникающими на одной или обеих поверхностях. Этот вид износа, сопровождающийся процессами химического взаимодействия при малых амплитудах, может вызвать усталостное разрушение материала. [c.72] Очень важно, что и классическая коррозия при трении и обычная коррозия резко сокращают время до появления усталостных явлений при работе высоконапряженных вращающихся деталей двигателя. Это, в частности, относится к деталям из титановых сплавов, которые особенно чувствительны к поверхностным повреждениям. Для эффективной работы детали наносимое покрытие должно быть надежно сцеплено с подложкой, чтобы исключить относительные перемещения поверхностей. [c.72] Одним из критических факторов, влияющих на эффективность турбореактивного двигателя, является величина зазора между компрессорными лопатками и рубашкой, компрессорной крыльчаткой и ротором, зубьями лабиринтного уплотнения и поверхностного уплотнения, Идеальный случай — нулевой зазор, но это недостижимо в современных конструкциях. В условиях ускорения и торможения рабочие элементы могут удлиняться и сжиматься при различных скоростях, при этом поверхности могут соприкасаться, В таких условиях желательно, чтобы все изнашиваемые материалы находились на одном узле, на который и наносится изнашиваемое покрытие. В компрессоре предпочтительнее, чтобы лопатки поддерживались в неповрежденном состоянии, так что изнашиваемое покрытие необходимо наносить на рубашку (корпус). Уплотняющий зуб должен сохраняться, а материал канавки может изнашиваться. [c.73] Интерес к напыленным покрытиям, используемым в уплотнениях, проявился довольно рано в истории реактивных машин. Первоначально применялись уплотнения из сплава Си—Zn—Ag, наносившиеся ацетилено-кисло-родным способом. Из-за дороговизны серебра делались попытки найти более дешевый материал. Последние исследования смеси порошка графита с никелевым порошком (75% N1 и 25% графита) дали обнадеживающие результаты. [c.74] Этот же материал, как - хорошо шлифуемый, пригоден и для напыления на ротор компрессора. Для кожуха компрессора хорошие результаты до температуры 482° С были получены при плазменном напылении алюминиевых покрытий. [c.74] Использование термически напыленных покрытий для повышения эрозионной стойкости ограничено. В основном они применяются при защите крыльчатки сопла на второй ступени двигателя. Инородные частицы, центрифугируемые первой ступенью турбины, вызывали значительный износ некоторых частей. Напыленное с последующим оплавлением покрытие из сплава N1—51—В/ решило проблему защиты. Однако это покрытие с трудом поддается восстановительному ремонту. Лучшие результаты были получены со сплавом N1—Сг—51—В, который после напыления не требует оплавления. Отличительной особенностью этого, наносимого плазмой, покрытия является исключительно высокое сцепление с подложкой. При напылении на подложку непосредственно после пескоструйной обработки прочность сцепления 560—700 кГ1см . Эрозионная стойкость этого покрытия эквивалентна покрытию ттредыдущего состава после оплавления. [c.74] Исследование режимов работы различных элементов двигателя неразрывно связано с решением задачи крепления к ним датчиков без нарушения основного металла. Для этого на отдельные участки дисков компрессоров напыляли подслои, к которым затем точечной сваркой приваривали датчики. На диски из никелевых сплавов как подслой напыляли нихром, а на титановые диски — молибден с нихромом. Тензодатчики, работающие при повышенных температурах, крепились на напыленный сплав N1—Л1 с последующим напылением окиси алюминия. При этом использовались маски, закреплявшие датчики в необходимом месте. [c.74] Значительные экономические перспективы применения термического напыления заключаются в относительной легкости нанесения покрытий. Поэтому в США до-, вольно широко используется термическое напыление для ремонта многих деталей авиационных двигателей и корпусов. [c.75] По данным большинства американских авиационных линий, ремонтные работы с применением напыления связаны по крайней мере с 300 узлами двигателей. Некоторые узлы были очень ответственные, например шарнир рулевого посадочного механизма, направляющие закрылка крыла и т. п. Для напыления используются как плазменные способы, так и ацетилено-кислородные. [c.75] Широкое применение напыления возможно лишь в случае высокого уровня контроля, обеспечивающего авиационное качество покрытия. Контролю подвергаются все ступени производства, начиная с контроля исходных материалов, включая подготовку поверхности, режимы и процесс напыления, качество сцепления, процесс последующей термообработки. Высокие требования к исходному материалу, в частности к порошку, привели к унификации и специализации производства порошков. [c.75] В 1967 г. большинство порошков карбидов вольфрама, хрома и других твердых порошков выпускались размером 200—325 меш. Затем проявилась тенденция к более мелким порошкам 5—40 мкм, что привело к уменьшению пористости, улучшению чистоты обработки (см. рис. 1 и табл. 1), а в ряде случаев и к отказу от последующей механической обработки. Уменьшение размеров порошка привело также к замене детонационного метода плазменным во многих областях применения. [c.75] Влияние размера зерна напыляемых порошков на чистоту обработки. [c.76] Вернуться к основной статье