Влияние легирования жаростойких уплотнительных покрытий на их триботехнические и физико-механические свойства

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:


В. А. Богуслаев, ПАО «Мотор Сич», г. Запорожье, Украина, e-mail:  Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. Л. Грешта, orcid.org/0000-0002-4589-6811, Национальный университет «Запорожская политехника», г. Запорожье, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. І. Кубіч, orcid.org/0000-0002-0939-9092, Национальный университет «Запорожская политехника», г. Запорожье, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. В. Ткач, orcid.org/0000-0003-0851-1481, Национальный университет «Запорожская политехника», г. Запорожье, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Є. О. Фасоль, orcid.org/0000-0003-4846-9046, Национальный университет «Запорожская политехника», г. Запорожье, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. А. Леховицер, orcid.org/0000-0002-4081-360X, ПАО «Мотор Сич», г. Запорожье, Украина, e-mail:  Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, (6): 041 - 047

https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-6/041



Abstract:



Цель.
Определение влияния легирования уплотнительных покрытий на никелевой основе на проявление характеристик трения, износа и микротвердости для обеспечения прогнозируемых эксплуатационных свойств при температурах порядка 1100 °С.


Методика.
Коэффициент трения и энергетическую интенсивность изнашивания определяли по результатам использования методики моделирования термомеханической нагрузки с использованием малогабаритных образцов в нагревательной камере, которая дополнительно устанавливалась на машине трения СМЦ-2. Микротвердость образцов с различным структурным состоянием определяли согласно требований ГОСТ 9450-76 на микротвердомере LECO AMH 43 USA. Оценка природы и микрогеометрии продуктов износа проводилась с помощью электронного растрового микроскопа РЭМ-106І. Для решения поставленной задачи было выбрано уплотнительное покрытие на основе никеля, которое применяется на авиадвигателестроительном предприятии Украины ПАО «МОТОР СИЧ».


Результаты.
По результатам проведенных исследований микротвердости и триботехнических характеристик был выбран состав покрытия, который лучше всего соответствует сочетанию исследованных механических свойств, обеспечивающих надежную работоспособность покрытий.


Научная новизна.
Получены графические закономерности изменения коэффициента трения на стадиях разогрева среды взаимодействия покрытий с гребешками вращающегося диска и среднестатистической энергетической интенсивности их изнашивания по массе. По результатам исследования микрогеометрии и распределения элементов химического состава продуктов износа, для каждого состава установлены вероятные места разрушений рассмотренных покрытий, что в свою очередь может определять их способность к накоплению напряжений. Установлено, что покрытие состава № 3 – легировано комплексной иттрийсодержащей лигатурой Co-Ni–Cr–Al–Y и состав № 2 с моноиттриевой лигатурой имеют склонность к формированию удовлетворительного уплотнительного контура в условиях моделирования термомеханической нагрузки фрикционного контакта. Определено, что в зависимости от характера термического влияния наблюдается явление упрочнения поверхностных слоев покрытия и основного металла по мере повышения продолжительности выдержки, что, скорее, является следствием развития процесса выравнивающей диффузии легирующих элементов из переходной зоны покрытий.


Практическая значимость.
Применение предлагаемого покрытия позволит повысить коэффициент полезного действия двигателя благодаря уменьшению утечки газов, при сохранении размера радиальных зазоров, и снизить расход топлива.


Ключевые слова:
коэффициент трения, энергетическая интенсивность изнашивания, уплотнительное покрытие, никелевый сплав, иттрий, микротвердость, малогабаритный образец

References.


1. Campos-Silva, I., Contla-Pacheco, A.D., Figueroa-López, U., & Martínez-Trinidad, J. (2019). Sliding wear resistance of nickel boride layers on an Inconel 718 superalloy. Surface and Coatings Technology, (378), 124862. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.06.099.

2. Kablov, E. N., Ospennikova, O. G., & Petrushin, N. V. (2015). A new single-crystalline intermetallic heat-resistant alloy on the basis of γʹ-phase for GTE. Aviatsionnyie materialyi i tehnologii, (1), 34-40. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-34-40.

3. Aleksandrov, D. A., & Artemenko, N. I. (2016). Wear-resistant coatings for protecting friction parts of modern gas turbine engines. Trudy VIAM, 10(46), 65-72. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-10-6-6.

4. Hassanzadeh, M., Saremi, M., Valefi, Z., & Pakseresht, A. H. (2018). Investigation on Improved-Durability Thermal Barrier Coatings: An Overview of Nanostructured, Multilayered, and Self-Healing TBCs. Production, Properties, and Applications of High Temperature Coatings, 60-78. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-4194-3.ch003.

5. Loghman-Estarki, M. R., Nejati, M., Edris, H., Razavi, R. S., Jamali, H., & Pakseresht, A. H. (2015). Evaluation of hot corrosion behavior of plasma sprayed scandia and yttria co-stabilized nanostructured thermal barrier coatings in the presence of molten sulfate and vanadate salt. Journal of the European Ceramic Society, 35(2), 693-702. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.08.029.

6. Liu, Y., Sun, J., Pei, Z. L., Li, W., Liu, J. H., & Gong, J. (2020). Oxidation and hot corrosion behavior of NiCrAlYSi  NiAl/cBN abrasive coating. Corrosion Science, (167), 108486. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108486.

7. Keshavamurthy, R., Naveena, B. E., & Sekhar, N. (2018). Thermal Spray Coatings for Erosion-Corrosion Protection. Production, Properties, and Applications of High Temperature Coatings, 246-267. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-4194-3.ch010.

8. Korzhov, V. P. (2015). Structure and mechanical properties of laminated niobium composite with carbide reinforcement obtained through diffusion welding. Deformatsiya i razrushenie materialov, (7), 22-29.

9. Hruschov, M. M. (2018). Chrome-carbon coatings based on chrome and detonation nanodiamonds: preparation by magnetron spraying, peculiarities of the phase composition and tribological properties. Problemyi mashinostroeniya i nadezhnosti mashin, (2), 44-53.

10. Sadri, E., & Ashrafizadeh, F. (2018). High Temperature Nanocomposite Coatings by Plasma Spraying for Friction and Wear Applications. Production, Properties, and Applications of High Temperature Coatings, 216-245. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-4194-3.ch009.

11. He, Y., Wang, S. C., & Walsh, F. C. (2015). The monitoring of coating health by in situ luminescent layers. RSCAdvances, 5(53), 42965-42970. https://doi.org/10.1039/c5ra04475h.

12. Greshta, V., Tkach, D., Sotnikov, Ye., Lehovitser, Z., Klimov, A., & Fasol, Ye. (2018). Peculiarities of selecting ligatures to improve the operational properties of sealing coatings for the parts of the turbine of gas-turbine engines. Novi materIali i tehnologiyi v metalurgiyi ta mashinobuduvanni, (1), 25-31. https://doi.org/10.15588/1607-6885-2018-1-4.

13. Zhao, Y., Wang, Y., Yu, Z., Planche, M. P., Peyraut, F., Liao, H., & Montavon, G. (2018). Microstructural, mechanical and tribological properties of suspension plasma sprayed YSZ/h-BN composite coating. Journal of the European Ceramic Society, 38(13), 4512-4522. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.06.007.

15. Greshta, V., Tkach, D., Sotnikov, Ye., Lehovitser, Z., & Klimov, A. (2015). Development of a thermal barrier coating for details turbine engine, workers at high temperatures Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, (10), 6-10.

16. Gao, S., Xue, W.I., Duan, D., & Li, Sh. (2016). Tribological behaviors of turbofan seal couples from friction heat perspective under high-speed rubbing condition. Friction, 4(2), 176-219. https://doi.org/10.1007/s40544-016-0114-x.

17. Greshta, V. L., & Kubich, V. I. (2019). Methodology of tribotechnical testing of metal materials in terms of thermomechanical loading on SMC-2 machine. Problems rubbing that znoshuvannya in cars, 4(85), 18-22. https://doi.org/10.18372/0370-2197.4(85).13867.

18. Boguslaev, V. O., Greshta, V. L., Tkach, D. V., Kubich, V. I., Sotnikov, E. G., Lekhovitser, Z. V., & Klymov, O. V. (2019). Evaluation of the Tribotechnical Characteristics of Therma-Barrier Sealing Coatings under Critical Loads. Journal of Friction and Wear, 40(1), 80-87.https://doi.org/10.3103/S1068366619010033.

 

Следующие статьи из текущего раздела:

Предыдущие статьи из текущего раздела: