Введение к работе
Актуальность темы. Тенденция к"постоянному росту температури рабочего тела газовых турбин с целью увеличения мощносги и к.п.д. агрегатов приводит к тому, что основным Фактором, ограничивающим ресурс их работы, становится високотемпературная газовая коррозия. Наиболее ответственными и нагружаемыми деталями газотурбинных установок являются лопатки турбины. Надежная работа газовых турбин в значительной мере зависит от работоспособности их лопаточного аппарата. Опыт эксплуатации ГТУ показал, что уровень температуры газов на входе в турбину аашклп в первую очередь от стойкости материала лопаток против коррози-и. Основными материалами лопаток современных высокотемпературных газовых турбин являются жаропрочные сплавы на основе никеля. Повышение ресурса работы лопаток в настоящее время достигается как путем разработки охлаждаемых лопаток из существующих жаропрочных сплавов, так и путем защиты базового материала лопатки от воздействия активных соединений нанесением антикоррозионных покрытий.
Для обеспечения надежной работы покрытие на лопатке должно выдерживать действие растягивающих . изгибающих и вибрационных напряжений в условиях циклического изменения температуры. Воздействие этих напряжений происходит в агрессивной газовой среды, взаимодействующей с материалом покрытия. В настоящее время широко применяются покрытия типа МеСгАІУ ( Ме-Со, Fo. N1), часто модифицированные введением добавок: Sl.Ti.Pt, Hf, Та, и др. Покрытия NiCrAlY обычно используются для защиты деталей газовых турбин от окисления при температурах свыше 900 С. Покрытия CoCrAlY применяются в диапазоне температур 700 - Э00С. Покрытия FeCrAlY перспективны для защиты от коррозии при температурах ниже 700С. . Существует, однако, прямал связь между свойствами покрытия и методом его нанесения. Поэтому создание покрытий всегда связано с разработкой или модификацией процесса их формирования.
В последние годы существенно повысились требования к уровню жаропрочности и сопротивлению высокотемпературной коррозии.
стабильности структуры и свойств..материалов, используемых в качестве покрытий на лопатках газовых турбин. Решение этих задач невозможно без внедрения принципиально новых технологий.
К числу методов, обеспечивающих получение покрытий с высокими эксплуатационными свойствами, относится метод вакуумно-дугового испарения. В данном методе наносимый материал переводится в плазменное состояние, плазма фокусируется в поток и направляется к покрываемым изделиям, где происходит осаждение защитного слоя за счет конденсации ионов из плазмы, дополнительно ускоренных электрическим полем подложки. Одно из существенных достоинств метода заключается в формировании покрытий с более высокой адгезионной прочностью и плотностью, чем покрытия. Формируете традиционным электронно-лучевым методом.
Каждый метод нанесения имеет собственные преимущества и недостатки, ограничивающие область его применимости. Расширение отой области достигается путем целенаправленного использования возможности влияния на структуру и свойства покрытий выбором основных параметров процесса осаждения.
Данная работа посвящена исследованию комплекса вопросов, связанных с процессом формирования покрытия и изучению физико-механических свойств полученных покрытий применительно к лопаткам стационарных энергетических газотурбинн&х установок.
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является проведение комплекса исследований и разработка основ технологии вакуумно-дугового нанесения антикоррозионных покрытий, обеспечивающих повышение срока службы лопаток стационарных энергетических газовых турбин.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать технологический процесс ионной очистки поверхности лопаток турбин и выделить основные факторы, влияющие на его эффективность;
разработать элементы технологии осаждения антикоррозионных защитных покрытий и исследовать их Физико - механические свойства;
- разработать технологию восстановительной обработки лытп.к с вьфаботавшим ресурс покрытием применительно к возможностям
вакуумно - дуговой технологии.
Научная новизна
- ДЛЯ ТеХНОЛОГИЧеСКОГО Процесса ОЧИСТКИ ПОВерхНОСТИ ПОЦЛолкК
плазмой вакуумно-дугового разряда установлено взшшкоьнзь г.но роста распыления поверхности с температурой полложки и дннлеші ем газа в вакуумной камере;
- выявлена взаимосвязь структури поверхностного опоя Оыи A1Y
и ТІ покрытий, формируемых методом вакуумно-дуговиго осаждения
с температурой, потенциалом подложки, плотностью ионного тока
и давлением газовой среды;
на основании исследования процессов транспортировки и осаждения продуктов эрозии катода установлены закономерности ионного травления подложки в зависимости от температуры катода;
для упрощенной физической модели нагрева подложки ионным потоком с учетом планетарного движения получены аналитические зависимости, позволяющие связать ее температуру с технологическими параметрами обработки.
Практическая ценность
-
Разработаны технологические рекомендации по проведению ионной очистки лопаток стационарных энергетических ГТУ перед нанесением покрытия при температурах ниже температуры фазовых переходов, что позволяет в ряде случаев отказаться от дорогостоящих технологий восстановительной термической обработки и диффузионного отжига.
-
Определены научно-обоснованные технологические режимы для реализации процесса восстановительной обработки лопаток ГТУ по удалению отработанного покрытия вакуумно-дуговык методом. Использование данного метода позволяет устранить экологически несовершенный и низкопроизводительный процесс химического травления.
-
Разработаны основы технологии нанесения коррозионно стойких покрытий на.лопатки стационарных энергетических ГТУ мето-
дом вакуумно-дугового осаждения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- всесоюзной конференции " Современное электротермическое
оборудование для поверхностного упрочнения ". Саратов, 1990.'
четвертой конференции молодых ученых и специалистов ЛФИНАШ Научные проблемы современного машиностроения". Л, 1990.'
семинаре " Поверхностный слой, эксплуатационные свойства деталей машин и приборов". М. 1991'
международном семинаре " Газотермическое напыление в промышленности". С-Петербург» 1993;...
первой международной конференции по модификации свойств поверхностных слоев неполупроводниковых материалов пучками частиц. - Украина, Сумы, 1993;
втором собрании металловедов России. Пенза, 1994,'
секции С-Пб инженерной академии "Ионно-плазменные и (смеж-нне с ними технологии". С-Петербург, 1995/
-международной конференции по металлургическим покрытиям и тонким пленкам.- Сан-Диего, США, 1995.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.
Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены и используются в АО ЛМЗ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 92 наименования. Основная часть работы изложена на.139 листах машинописного текста. Работа содержит 41 рисунок и 5 таблиц.
