Результаты предварительных исследований

По инициативе ООО «КОНВЕРТ» в Институте стали и сплавов (МИСиС) в лаборатории кафедры «Защиты материалов и технологии поверхности» под руководством д.х.н. профессора Ракоч Александра Григорьевича проведены предварительные опытные работы по применению технологии МДО на лопатках компрессора низкого давления авиадвигателя и получены положительные результаты.

Заключение (выдержка)

«... Создание износостойких, термостойких, твердых покрытий на поверхности промышленных сплавов на основе титана, в частности ВТ6, ВТ5, ВТ8, широко применяемых в авиа- и судостроении, методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) является одной из важнейших задач, которую не удалось решить исследователями, занимающимися изучением процесса ПЭО. В настоящее время сотрудниками кафедры защиты металлов и технологии поверхности НИТУ «МИСиС» были достигнуты успехи в этом направлении.

В частности, на поверхность образцов из этих сплавов были получены равномерные по толщине декоративные бело-бежевого цвета покрытия толщиной от 40 до100 мкм (рис.1, 2).

Рисунок 1. Внешний вид образца титанового сплава с покрытием

Рисунок 2. Фотографии микрошлифов покрытия, сформированного на титановом сплаве

(различные участки покрытия).

Благодаря этим покрытиям существенно возросла микротвердость поверхностных слоев титановых сплавов (от 320 до 750 HV), что указывает на увеличение их износостойкости и эрозионной стойкости. Испытание на термостойкость покрытий показали:после 50 циклов нагрева до температуры 650°С и охлаждения до комнатной температуры с промежуточной изотермической выдержки в течение 1 ч не происходит растрескивание и осыпание покрытия; оно сохраняет свои функциональные свойства, в частности микротвердость.

Производительность процесса получения покрытий на промышленные титановые сплавы является высокой – до 5 мкм/мин. При этом относительно малая энергия, выделяемая в плазменных микроразрядах при проведении ПЭО в разработанных оптимальных по составу электролитах, по сравнению с энергией, выделяемой в них при проведении этого процесса в стандартных электролитах, позволяет считать, что покрытия этим методом можно получать на острых кромках турбинных лопаток и других изделиях из этих сплавов.

Типичный фазовый состав покрытий приведен в таблицах 1,2.

Типичное распределение элементов по толщине покрытий, приведенное на рисунках 3, 4 и в таблице 1, 2, подтверждает увеличение твердости и, очевидно, износостойкости и эрозионной стойкости модифицированных поверхностных слоев титанового сплава.

Таблица 1 - Фазовый состав покрытия при симметричной съемке

Таблица 2 - Фазовый состав покрытия при ассимметричной съемке

Рисунок 3. Типичное распределения элементов по толщине покрытия

Рисунок 4. Типичное распределения элементов по толщине покрытия

Выводы по работам МИСИС:

- применение ПЭО (МДО) на титановых лопатках авиадвигателя позвооляет существенно улучшить защитные свойства поверхности. В том числе и износостойкость, что увеличивает срок их эксплуатации.

- данная может быть применима и кдругим нагруженным узлам и механизмам детаали которых выполнены из вентильных сплавов...»

План реализации проекта

Цель НИОКР - увеличение назначенных ресурсов наработки лопаток и дисков вентилятора и компрессора авиационного двигателя за счет их обработки по технологиям МДО.

Планируемые к решению задачи:

- создание покрытий с повышенной износостойкостью (фреттингостойкостью) лопаток и дисков вентилятора и компрессора авиадвигателя;

- создание термостойких покрытий высокой чистоты, требуемых при изготовлении деталей авиадвигателя;

- создание защитных покрытий на деталях, работающих в условиях агрессивной среды;

- снижение веса деталей авиадвигателя путем замены стали на металлы вентильной группы;

- создание высокопрочных покрытий деталей, изготовленных из металлов вентильной группы, предназначенных для замены деталей из стали.

Описание основных планируемых работ

Первый этап:

1.1. Выбор и обоснование направлений исследований по применению известных и разработке новых технологий МДО для создания защитных износостойких (фреттингостойких) покрытий на лопатках и дисках вентилятора и компрессора авиационного двигателя.

1.2 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 25-ти научно-информационных источников за период 2006 – 2015 гг.

1.3 Сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике;

1.4 Экспериментальная реализация технологических решений, связанных с использованием термоэлектрохимического оксидирования для получения защитных покрытий на титане.

1.5 Разработка программы лабораторных испытаний опытных образцов лопаток и дисков вентилятора и компрессора авиадвигателя.

1.6 Разработка технического задания НИР, обоснование и выбор методов и средств и способов решения поставленных задач;

1.7 Создание импульсной установки термоэлектрохимического оксидирования, которая позволит получать на выходных клеммах «пакеты» электрических импульсов различной длительности и полярности.

1.8 Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 в области импульсного микродугового и термоэлектрохимического оксидирования.

1.9 Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов НИР (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).

Второй этап:

2.1.Проведение экспериментальных исследований по применению освоенных технологий МДО на титане с целью получения покрытия устойчивого к воздействию фреттинга.

2.2 Разработка новых технологий для решения поставленной выше задачи.

2.3 Доработка и совершенствование установки термоэлектрохимического оксидирования.

2.4 Корректировка технологической документации по результатам экспериментальных исследований, в частности по составу электролита и программам воздействия и параметрам микродуговых разрядов на поверхность обрабатываемой детали.

2.4 Обобщение и оценка полученных результатов

2.5Разработка проекта ТЗ на ОТР по теме: «Создание износостойких (фреттингостойких) диэлектрических термостойких защитных покрытий высокой чистоты на металлах вентильной группы путем применения технологий микродугового оксидирования (МДО) применительно к авиационному двигателестроению»

2.6.Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных исследований для создания покрытий повышенной износостойкости (фреттингостойкости) в авиационном двигателестроении.

2.7. Проведение технико-экономичемской оценки рыночного потенциала полученных результатов.

2.8. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов НИР (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).