Введение к работе
Актуальность темы. Проблема повышения ресурса и надежности современных газотурбинных двигателей во многом связана с уровнем развития материаловедения конструкционных материалов и защитных покрытий. В результате применения плазмонапыленных теплозащитных покрытий значительно улучшаются рабочие характеристики и возрастает КПД двигателей, увеличивается срок их службы, упрощается конструкция. В некоторых случаях возможна замена материала подложек на менее дорогостоящий. Наиболее перспективными являются многослойные покрытия, где наружный слой состоит из частично стабилизированного оксида циркония. Качество плазмонапыленных теплозащитных покрытий во многом определяется свойствами напыляемых порошков, которые в свою очередь зависят от технологии их получения.
Настоящая работа выполнена в рамках государственной программы от 21 июня 1996 года «Приоритетные направления развития науки и техники (раздел: Новые материалы и химические продукты - керамические материалы и нанокерамика) и отраслевой программы «Создание технологий и материалов для нанесения теплозащитных покрытий (ТЗП) на детали горячего тракта двигателя ПС-90А и его модификаций».
Цель работы:
1. Разработка состава и создание технологии получения порошков
модифицированного оксида циркония для производства
плазмонапыленных теплозащитных покрытий рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей, обеспечивающих тепловую защиту и защиту от эрозии конструкционных магериатов. 2. Выдача технологических рекомендаций для опытно-промышленного производства порошков.
Для этого в работе предусмотрено решение следующих основных задач:
-
исследование физико-химических закономерностей получения порошков оксида циркония, модифицированного оксидами иттрия, титана;
-
определение оптимальных технологических условий получения порошков модифицированного оксида циркония;
-
исследование физико-химических и технологических свойств порошков модифицированного оксида циркония;
-
установление взаимосвязи «технологические условия получения -свойства порошков модифицированного оксида циркония - качество плазмонапыленных теплозащитных покрытий».
Научная новизна Разработана технология получения порошков на основе оксида циркония, модифицированного оксидами иттрия, титана и другими редкоземельными элементами (РЗЭ) для плазменного напыления теплозащитных покрытий, в основе которой впервые используется наряду
с совместным соосаждением гидроксидов, их сушкой и прокаливанием предварительный метод гранулирования путем замораживания гидрогелей соосажденных гидроксидов. Впервые определены технологические параметры, определяющие не только гранулометрический состав порошков оксида циркония, модифицированного добавками иттрия и титана, но и морфологию микрогранул, что играет важную роль при формировании разнопористой структуры покрытий.
Предложены способы регулирования пористой структуры микрогранул порошка путем введения растворов карбамида или поливинилового спирта, дополнительной автоклавной обработки, сушки. Рассмотрен механизм образования пористой структуры порошков при использовании вышеназванных дополнительных операций. Установлена взаимосвязь примененных технологических операций и свойств получаемых порошков и влияние последних на характеристики плазмонапыленных покрытий.
Показано влияние содержания оксидов иттрия и титана на фазовый состав, пикнометрическую плотность, насыпную плотность и плотность утряски, удельную поверхность порошков модифицированного оксида циркония. Исследовано изменение пористости и теплопроводности керамики стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония. Определены свойства покрытий, содержащих модифицированный оксидами иттрия и титана оксид циркония.
Практическая значимость
-
Применение разработанной технологии позволяет за один цикл повысить до 93-95% выход порошка модифицированного оксида циркония для плазменного напыления теплозащитных покрытий рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей против 20-30% существующих способов получения.
-
Синтезированы порошки модифицированного оксида циркония, позволяющие получить покрытия с пониженной теплопроводностью и требуемой термостойкостью. Результаты сравнения покрытий, полученных с использованием порошков модифицированного оксида циркония по разработанной технологии, свидетельствуют о более высоком качестве покрытий, чем при условии применения порошков стабилизированного оксида циркония оксидом иттрия, произведенных по традиционной технологии.
-
Наработаны опытные партии порошков в количестве до 10 кг, проведена их аттестация. Партии порошков модифицированного оксида циркония переданы заказчику ПО «Пермские моторы».
-
В последнее время данная технология.адаптирована к получению композиционных оксидциркониевых порошков с добавками нитрида бора для срабатываемых уплотнительных покрытий, напыляемых на внутреннюю поверхность корпуса турбины двигателя.
Апробация работы Результаты работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции «Химия твердого тела и новые материалы» (Институт химии твердого тела УрО РАН, Екатеринбург, 1996), Международной научно-технической конференции «Перспективные химические технологии и материалы» (ПГТУ, Пермь, 1997); Всероссийской научно-практической конференции «Оксиды. Физико-химические свойства и технология» (УГЭУ, Екатеринбург, 1998).
Публикации По теме диссертации опубликованы: 2 статьи, тезисы 7 докладов.
Объем работы Диссертация включает введение, шесть глав, выводы, библиографический список из 162 наименований. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста и содержит 61 рисунок и 10 таблиц.
