Многослойное покрытие в условиях каплеударной эрозии
|
Начальная О предприятии Лопатки ГПА Паровые лопатки ремонт  упрочнение |
|
многослойное покрытие
|
|
Прототипирование Специальная обработка Оборудование НИР Экспертная оценка Арматура Контакты |
 |
вернуться
Известно, что капля воды диаметром 2 мм, движущаяся со скоростью 750 м/с, вызывает разрушение алмаза, карбида вольфрама и деформацию высокопрочных сплавов. При меньших скоростях – порядка 200-600 м/с, многократные удары вызывают эрозию материала. При эжтих условиях наиболее вероятный механизм каплеударной эрозии при воздействии одно- и многократных ударов, по мнению российских и зарубежных ученых, следующий. Разрушение материала поверхности происходит под воздействием растягивающих напряжений F, связанных с воздействием ударных нагрузок (рис. 1). Одиночный удар капли, как правило, не вызывает заметных разрушений даже при эксплуатационных скоростях. Однако, после нескольких тысяч ударов наблюдается появление микротрещин, что указывает на усталостный механизм разрушения поверхности. В этой связи одиночные удары приводят к возникновению структурных дефектов, связанных с перемещением дислокаций, а следовательно с наличием пластичности в материале. Поэтому в хрупком материале будет происходить разрыв (рис. 2, а) а в пластичном деформация (рис. 2, б).
Разработанное и успешно реализованное нами на основе механизма каплеударной эрозии многослойное покрытие представляет собой композиционный материал, состоящий из высокопрочных малопластичных нитридных слоев толщиной 6d-8d и пластичных металлических прослоек толщиной d (рис. 3).
Тонкие малопластичные слои воспринимают удар капли и демпфируют его на пластичном металлическом подслое (рис. 4), в котором развивается деформация. При исчерпании резерва демпфирования появляются трещины, в том числе и усталостные, которые локализуются в верхних слоях малопластичных покрытия (рис.5), что тормозит развитие разрушения вглубь поверхности.
В процессе работы лопатки на турбине происходит последовательное «срабатывание» всех слоев покрытия, обеспечивая, в сравнении с однослойными покрытиями толщиной 7-8 мкм, увеличение долговечности пропорционально количеству слоев – до 8 раз. Общий вид реализуемого на поверхности многослойного покрытия приведен на рис.6 (поперечный шлиф, увеличение 500x). На фотографии отчетливо прослеживаются светлые горизонтальные прослойки Ti и более темные нитридные слои Ti-N.
Учитывая огромную роль усталостных процессов в развитии каплеударной эрозии, дополнительно поверхность лопатки упрочняют с применением процесса ионной имплантации. При этом реализуются твердорастворный, дисперсионный, дислокационный механизмы упрочнения. Модифицированная ионной имплантиацией структура матекриала поверхности позволяет не только обеспечить физико-химическую близость покрытия и подложки, но и дополнительное демпфирование внешнего воздействия от удара капли.
Разработанное и успешно реализованное нами на основе механизма каплеударной эрозии многослойное покрытие представляет собой композиционный материал, состоящий из высокопрочных малопластичных нитридных слоев толщиной 6d-8d и пластичных металлических прослоек толщиной d (рис. 3).
Тонкие малопластичные слои воспринимают удар капли и демпфируют его на пластичном металлическом подслое (рис. 4), в котором развивается деформация. При исчерпании резерва демпфирования появляются трещины, в том числе и усталостные, которые локализуются в верхних слоях малопластичных покрытия (рис.5), что тормозит развитие разрушения вглубь поверхности.
В процессе работы лопатки на турбине происходит последовательное «срабатывание» всех слоев покрытия, обеспечивая, в сравнении с однослойными покрытиями толщиной 7-8 мкм, увеличение долговечности пропорционально количеству слоев – до 8 раз. Общий вид реализуемого на поверхности многослойного покрытия приведен на рис.6 (поперечный шлиф, увеличение 500x). На фотографии отчетливо прослеживаются светлые горизонтальные прослойки Ti и более темные нитридные слои Ti-N.
Учитывая огромную роль усталостных процессов в развитии каплеударной эрозии, дополнительно поверхность лопатки упрочняют с применением процесса ионной имплантации. При этом реализуются твердорастворный, дисперсионный, дислокационный механизмы упрочнения. Модифицированная ионной имплантиацией структура матекриала поверхности позволяет не только обеспечить физико-химическую близость покрытия и подложки, но и дополнительное демпфирование внешнего воздействия от удара капли.
