Влияние параметров суспензии на свойства покрытия, получаемого шликерным методом

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.

1. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаростойких сталей и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 622 с.

2. 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/S0036029512010089

3. Скоростные процессы химико-термической обработки с применением паст и суспензий: сборник статей / Под ред. проф. В.И. Просвирина. Рига: РКИИГА, 1972. 110 с.

4. Просвирин В.И. Диффузионная металлизация с использованием паст и суспензий // МиТОМ. 1972. № 12. С. 40–48.

5. Иванов Е.Г. Получение многокомпонентных покрытий при восстановлении элементов из оксидов // Труды ВВИА им. Н.Е. Жуковского. 1976. С. 46–51.

6. Иванов Е.Г. Суспензия для алюмосилицирования металлических деталей. Патент RU № 2032764 C1, 10.04.1995.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Лякишев Н.П. Алюминотермия / Н.П. Лякишев, Ю.Л. Плинер, Г.Ф. Игнатенко, С.И. Лаппо. М.: Металлургия, 1978. 424 с.

11. 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.

12. 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.

13. Коломыцев П.Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов. М.: Металлургия, 1991. 239 с.

14. 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.2005.07.080

15. Зайцев 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.

16. 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.2006.11.033

17. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. 384 с.

18. 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.