cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2022-25-6-53-61caht-2094Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSВлияние параметров суспензии на свойства покрытия, получаемого шликерным методомThe effect of suspension parameters on the properties of the coating obtained by the slip methodСамойленкоВ. М.SamoylenkoV. M.

Самойленко Василий Михайлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой авиатопливообеспечения и ремонта летательных аппаратов 

Москва

Vasily M. Samoylenko, Doctor of Technical Sciences,  Professor, The Head of the Aviation Fuel Supply and Aircraft Repair Chair

Moscow

v.samoilenko@mstuca.aeroПащенкоГ. Т.PaschenkoG. T.

Пащенко Геннадий Трофимович, кандидат технических наук, начальник управления САУ

Москва

Gennady T. Paschenko, Candidate of Technical Sciences, The Head of the ACS Department 

Moscow

gennadij.paschenko@okb.umpo.ruСамойленкоЕ. В.SamoylenkoE. V.

Самойленко Елизавета Васильевна, студентка механического факультета

Москва

Elizaveta V. Samoylenko, Student of the Mechanical Faculty

Moscow

elizavetta.samojlenko@mail.ruШестаковВ. В.ShestakovV. V.

Шестаков Владимир Васильевич, кандидат технических наук, ведущий инженер

Лыткарино

Vladimir V. Shestakov, Candidate of Technical Sciences, Leading Engineer 

Lytkarino

Vladesha@yandex.ruМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian FederationОпытно-конструкторское бюро имени А. Люльки – филиал ПАО «ОДК-УМПО»РоссияA. Lyulka Experimental Design Bureau, Branch of PJSC “UEC-UMPO”Russian FederationЛыткаринский машиностроительный завод – филиал ПАО «ОДК-УМПО»РоссияLytkarinsky Machine-Building Plant, Branch of PJSC “UEC-UMPO”Russian Federation2022100120232565361Copyright © Самойленко В.М., Пащенко Г.Т., Самойленко Е.В., Шестаков В.В., 20232023Самойленко В.М., Пащенко Г.Т., Самойленко Е.В., Шестаков В.В.Samoylenko V.M., Paschenko G.T., Samoylenko E.V., Shestakov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2094

Развитие современного газотурбостроения предъявляет все более высокие требования к свойствам применяемых сплавов, связанных с повышением температуры газа перед турбиной. Однако применяемые никелевые сплавы имеют низкую жаростойкость при высоких температурах. Решения этой проблемы добиваются путем совместного применения жаропрочного сплава, воспринимающего нагрузки при высоких температурах, и нанесением защитных покрытий для обеспечения жаростойкости. Покрытие и жаропрочный сплав образуют сложную систему. Каждый компонент системы выполняет основную и второстепенную функции в работе, а система должна удовлетворять эксплуатационным требованиям. Выбор применяемого покрытия и технологии нанесения достаточно сложны, так как его структура и толщина зависят от многих факторов, в частности от состава исходных компонентов, температурновременных параметров нанесения и т. д. Это оказывает влияние на работоспособность сформированного покрытия в условиях эксплуатации. В последние годы за рубежом и в нашей стране успешно развиваются шликерные методы нанесения покрытий и, в частности, формируемые из водных суспензий. Такой метод технически прост и экономичен. Качество формируемого из водной суспензии покрытия определяется процентным содержанием состава суспензии, ее реологическими и физическими свойствами, соблюдением технологии ее нанесения и обработки на детали. С целью понимания механизма формирования покрытия из водной суспензии необходимо представлять воздействие параметров суспензии на свойства покрытия. В статье представлены результаты проведенного исследования расчетным методом влияния параметров водной суспензии на качество получаемого покрытия. Показана зависимость толщины покрытия от размеров частиц порошков, вводимых в суспензию. Представлены расчеты плотности и толщины получаемого покрытия от соотношения твердой и жидкой фаз водной суспензии. Указывается, что в реальной суспензии влияние параметров водной суспензии на показатели формируемого покрытия являются более сложными, чем при проведении расчетов. Это в первую очередь связано с тем, что в реальной суспензии присутствуют частички порошков различного диаметра, в частности алюминия. Кроме того, взаимодействие ортофосфорной кислоты с вводимыми оксидами алюминия, кремния и другими, имеющими молекулярную дисперсность, их химическое взаимодействие усложняют учет всех этих факторов при расчетах. Однако полученные результаты исследования позволяют сделать оценку влияния параметров состава водной суспензии на технологические и служебные свойства покрытия, получаемого из такой суспензии шликерным методом.

The development of modern gas turbine engineering imposes increasingly high requirements for the properties of the alloys used, associated with an increase in gas temperature before the turbine. However, the applicable nickel alloys have low heat resistance at high temperatures. The solution to this problem is achieved through the joint use of a heat-resistant alloy that takes loads at high temperatures, and the application of protective coatings to ensure heat resistance. The coating and the heat-resistant alloy form a complex system. Each component of the system performs the primary and secondary functions in the operation, and the system must meet operational requirements. The choice of the applied coating and its application technology are quite complicated, since its structure and thickness depend on many factors, in particular, on the composition of the original components, temperature, and time parameters of its application, etc. This affects the performance of the formed coating under operating conditions. In recent years, slip coating methods specifically formed from aqueous suspensions have been successfully developed abroad and in our country. This method is technically simple and economical. The quality of the coating formed from the aqueous suspension is determined by the percentage of the suspension composition, its rheological and physical properties, compliance with the technology of its application and processing of parts. In order to understand the mechanism of coating formation from the aqueous suspension, it is necessary to imagine the effect of the suspension parameters on the coating properties. The article presents the results of the study carried out by the computational method of the influence of the aqueous suspension parameters on the quality of the coating obtained. The dependence of the coating thickness on the particle sizes of the powders introduced into the suspension is shown. Calculations of the density and thickness of the obtainable coating from the ratio of the solid and liquid phases of the aqueous suspension are presented. It is indicated that in a real suspension, the influence of the aqueous suspension parameters on the coating parameters being formed is more complex than when performing calculations. This is primarily associated with the fact that in a real suspension there are powder particles of various diameters, in particular aluminum. In addition, the interaction of orthophosphoric acid with the introduced oxides of aluminum, silicon, etc., having molecular dispersion, their chemical interaction complicates considering all these factors in calculations. However, the obtained results of the study allow us to assess the influence of the aqueous suspension composition parameters on the technological and service properties of the obtainable coating obtained by the slip method from this suspension.

водная суспензияпараметры суспензиитолщина покрытиятвердая и жидкая фазы суспензииaqueous suspensionsuspension parameterscoating thicknesssolid and liquid phases of suspensionReferencesАбраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаростойких сталей и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 622 с.Abraimov, N.V. & Eliseev, Yu.S. (2001). [Thermochemical treatment of heatresisting steels and alloys]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 622 p. (in Russian)Kablov E.N., Muboyadzhyan S.A. Heat-resistant coatings for the high-pressure turbine blades of promising GTEs // Russian metallurgy (Metally). 2012. No. 1. Pp. 1–7. DOI: 10.1134/S0036029512010089Kablov, E.N. & Muboyajyan, S.A. (2012). Heat-resistant coatings for highpressure turbine blades of promising gas turbine engines. Russian metallurgy (Metally), no. 1, pp. 1–7. DOI: 10.1134/S0036029512010089Скоростные процессы химико-термической обработки с применением паст и суспензий: сборник статей / Под ред. проф. В.И. Просвирина. Рига: РКИИГА, 1972. 110 с.Prosvirin, V.I. (Ed.). (1972). [High-speed processes of thermochemical treatment using pastes and suspensions: collection of articles]. Riga: RKIIGA, 110 p. (in Russian)Просвирин В.И. Диффузионная металлизация с использованием паст и суспензий // МиТОМ. 1972. № 12. С. 40–48.Prosvirin, V.I. (1972). [Diffusion metallization using pastes and suspensions]. MiTOM, no. 12, pp. 40–48. (in Russian)Иванов Е.Г. Получение многокомпонентных покрытий при восстановлении элементов из оксидов // Труды ВВИА им. Н.Е. Жуковского. 1976. С. 46–51.Ivanov, E.G. (1976). [Obtaining multicomponent coatings during the reduction of elements from oxides]. Trudy VVIA im. N.Ye. Zhukovskogo, pp. 46–51. (in Russian)Иванов Е.Г. Суспензия для алюмосилицирования металлических деталей. Патент RU № 2032764 C1, 10.04.1995.Ivanov, E.G. (1995). [Suspension for aluminosilicizing metal parts]. Patent RU, no. 2032764 C1, April 10. (in Russian)Иванов Е.Г. Новое жаростойкое покрытие / Е.Г. Иванов, А.В. Зоричев, В.М. Самойленко, Г.Т. Пащенко // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2008. № 3. С. 22–24.Ivanov, E.G., Zorichev, A.V., Samoylenko, V.M. & Pashchenko, G.T. (2008). [New heat-resistant coating]. Defense Industry Achievements – Russian Scientific and Technical Progress, no. 3, pp. 22–24. (in Russian)Иванов Е.Г. Применение покрытий из водной суспензии для защиты деталей ГТД от коррозии / Е.Г. Иванов, В.М. Самойленко, Р.Г. Равилов, М.А. Петрова // Научный Вестник МГТУ ГА. 2015. № 217. С. 46–50.Ivanov, E.G., Samoylenko, V.M., Ravilov, R.G. & Petrova, M.A. (2015). Application of the aqueous coating suspension for the protection of gas turbine engine parts from corrosion. Nauchnyy Vestnik MGTU GA, no. 217, pp. 46–50. (in Russian)Шанк Ф.А. Структура двойных сплавов: справочник / Пер. с англ. А.М. Захарова, В.С. Золоторевского, П.К. Новика, Ф.С. Новика, под ред. И.И. Новикова, И.Л. Рогельберга. М.: Металлургия, 1973. 760 с.Shank, F.A. (1973). [The structure of double alloys: Handbook]. Translation from English by Zakharov A.M., Zolotorevskiy V.S., Novik P.K., Novik F.S., in Novikov I.I., Rogelberg I.L. (Ed.). Moscow: Metallurgiya, 760 p. (in Russian)Лякишев Н.П. Алюминотермия / Н.П. Лякишев, Ю.Л. Плинер, Г.Ф. Игнатенко, С.И. Лаппо. М.: Металлургия, 1978. 424 с.Lyakishev, N.P., Pliner, Yu.L., Ignatenko, G.F. & Lappo, S.I. (1978). [Aluminothermy]. Moscow: Metallurgiya, 424 p. (in Russian)Ачимов А.А., Толмачев И.М., Удовиченко С.Ю. Исследование жаростойкого диффузионного покрытия на лопатках газотурбинных двигателей из жаропрочного никелевого сплава // Вестник тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2014. № 7. С. 105–111.Achimov, A.A., Tolmachev, I.M. & Udovichenko, S.Yu. (2014). The study of heatproof diffusion coating on heat-resistant nickel alloy GTE blades. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy, no. 7, pp. 105–111. (in Russian)Tzatzov K.K. Protective system for high temperature metalalloy products / K.K. Tzatzov, A.S. Gorodetsky, A. Wysiekierski, G.A. Fisher. Patent US, no. 6682780 B2, 27.01.2004.Tzatzov, K.K., Gorodetsky, A.S., Wysiekierski, A. & Fisher, G.A. (2004). Protective system for high temperature metalalloy products. Patent US, no. 6682780 B2, January 27.Коломыцев П.Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов. М.: Металлургия, 1991. 239 с.Kolomytsev, P.T. (1991). [Hightemperature protective coatings for nickel alloys]. Moscow: Metallurgiya, 239 p. (in Russian)Agüero A. Long exposure steam oxidation testing and mechanical properties of slurry aluminide coatings for steam turbine components / A. Agüero, R. Muelas, A. Pastor, S. Osgerby // Surface & Coatings Technology. 2005. Vol. 200, iss. 5-6. Pp. 1219–1224. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.07.080Agüero, A., Muelas, R., Pastor, A. & Osgerbi, S. (2005). Steam oxidation test under prolonged exposure and mechanical properties of suspension aluminide coatings for steam turbine components. Technology of surfaces and coatings, vol. 200, issue 5-6, pp. 1219–1224. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.07.080Зайцев Н.А. Прогнозирование ресурса комплекса «жаропрочный сплав – жаростойкое покрытие» на основе оценки структурной стабильности / Н.А. Зайцев, А.В. Логунов, В.М. Самойленко, А.А. Шатульский // Вестник Московского государственного открытого университета. Москва. Серия: техника и технология. 2012. № 2. С. 5–17.Zaitsev, N.A., Logunov, A.V., Samoylenko, V.M. & Shatulskiy, A.A. (2012). [Forecasting the resource of the complex “heatresistant alloy – heat-resistant coating” based on the assessment of structural stability]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo otkrytogo universiteta. Moskva. Seriya: tekhnika i tekhnologiya, no. 2. pp. 5–17. (in Russian)Agüero A. Cyclic oxidation and mechanical behaviour of slurry aluminide coatings for steam turbine components / A. Agüero, R. Muelas, M. Gutierrez, R. Van Vulpen, S. Osgerby, J.P. Banks // Surface & Coatings Technology. 2007. Vol. 201, iss. 14. Pp. 6253– 6260. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.11.033Agüero, A., Muelas, R., Gutierrez, M., Van Vulpen, R., Osgerby, S. & Banks, J.P. (2007). Cyclic oxidation and mechanical behavior of slurry aluminide coatings for steam turbine components. Surface & Coatings Technology, vol. 201, issue 14, pp. 6253–6260. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.11.033Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. 384 с.Mushkambarov, N.N. (2001). [Physical and colloidal chemistry]. Moscow: GEOTARMED, 384 p. (in Russian)Иванов Е.Г., Пащенко Г.Т., Самойленко В.М. Жаростойкое покрытие для деталей турбины ГТД, получаемое из водной суспензии // Полет. Общероссийский научнотехнический журнал. 2007. № 4. С. 51–53.Ivanov, E.G., Pashchenko, G.T. & Samoylenko, V.M. (2007). Aqueous slurrybased heat-resistant coating for turbine components of gas-turbine engines. All-Russian Scientific-Technical Journal "Polyot" ("Flight"), no. 4, pp. 51–53. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.