Исследование плазменных теплозащитных покрытий для изделий машиностроения при циклических тепловых нагрузках

• Автор: Валиев, Рамиль Рифатович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования
1.1 .Назначение и методы создания ТЗП
1.2. Обзор экспериментальных работ, посвященных исследованию термостойкости ТЗП
1.3. Процессы, происходящие в керамическом слое ТЗП при тепловом воздействии
1.3.1.Фазовые превращения
1.3.2. Процессы спекания
1.4. Процессы, происходящие в подслое ТЗП при тепловом воздействии
1.5. Величина тепловой защиты
1.6. Оценка коэффициента теплопроводности ТЗП
1.7. Основные механизмы разрушения ТЗП
1.8. Постановка задач исследования
Глава 2. Материалы, технология изготовления образцов и методы исследования ТЗП
2.1. Материал основы
2.2. Материалы подслоя теплозащитного покрытия
2.3. Порошок ЦИО-7-10-50 для керамического слоя
2.4. Технология изготовления модельных образцов
2.5. Испытательный стенд для испытания на термостойкость
2.6. Методика испытания на термостойкость
2.7. Методы исследования покрытий
Глава 3. Деградация керамического слоя ТЗП в условиях
термоциклирования
3.1. Изменение пористости керамического слоя ТЗП

3.2. Изменение микротвердости керамического слоя ТЗП
3.3. Изменение коэффициента теплопроводности ТЗП
3.4. Расчет степени тепловой защиты ТЗП
Выводы к 3 главе
Глава 4. Разрушение ТЗП в условиях циклических тепловых нагрузок
4.1. Основные механизмы разрушения ТЗП
4.2. Расчет напряженно - деформированного состояния ТЗП
4.3. Расчет эффективности тепловой защиты ТЗП оптимальных
толщин
4.4. Окисление подслоя
4.5. Исследование микротвердости подслоя ТЗП
Выводы к 4-й главе
Общие выводы по исследованию
Литература
Приложение I. Акт внедрения
Приложение II. Экспериментальные значения температур при
термоциклировании через каждые 20 циклов (рабочий режим)
Приложение III. Экспериментальные значения температур при термоциклировании через каждые 100 циклов (стационарный режим)

Введение
Актуальность проблемы. Развитие современного машиностроения во многом связано с созданием и освоением газотурбинных двигателей (ГТД) и энергоустановок, обладающих повышенной эффективностью работы и надежностью. Нанесение плазменных пористых теплозащитных покрытий (ТЗП) на основе оксида циркония на многие детали ГТД, имеющие воздушное охлаждение, позволяет повысить температуру рабочих сред.
В процессе эксплуатации машиностроительных газотурбинных установок под воздействием высокой температуры, внешний теплозащитный слой покрытия постепенно уплотняется, становится жестким и снижает свою способность к сопротивлению деформациям и термическим напряжениям, что, в конечном счете, приводит к его разрушению. В этих условиях представляет практический интерес исследование изменений механических и теплофизических параметров ТЗП в результате тепловых циклических нагрузок, близких к условиям эксплуатации изделий. Более точное представление о процессах постепенных изменений в структуре и комплексе механических и теплофизических свойств ТЗП, скорости их протекания в условиях кратковременных теплосмен является определяющим фактором повышения надежности данного типа покрытий.
Высокая эффективность теплозащитных покрытий обусловлена, в основном, малым значением коэффициента теплопроводности, который должен оставаться максимально низким при долговременной работе покрытий. Поэтому важными и актуальными являются термоциклические испытания ТЗП в условиях, приближенных к реальным, поскольку они могут дать информацию об изменениях в микроструктуре ТЗП и свойствах покрытий.
В настоящее время проводятся интенсивные исследования по физическому и численному моделированию процессов, происходящих в

Типичная форма частиц данного порошка приведена на рис.2.2. Форма частиц характеризуется округлой формой с размерами частиц от 50 до 120 мкм.
Рис. 2.2. Форма частиц порошка ПНХ20К20Ю13
2.3. Порошок ЦИО-7-10-50 для керамического слоя
Применение порошка ЦИО 7-10-50 (ТУ 1-595-2-659-2002) в качестве керамического слоя теплозащитного покрытия обусловлено несколькими факторами. По результатам работы [53], где проводились сравнительные термические и механические испытания теплозащитных покрытий с различными марками порошков для керамического слоя, порошок ЦИО 7-10-50 признан лучшим. Кроме того порошок ЦИО-7-10-50 является порошком российского производства (ООО «ТСП» г. Екатеринбург) и его применение в промышленности экономически выгоднее, чем зарубежных аналогов. Химический состав порошков ЦИО-7-10-50 приведен в таблице 2.5.
Таблица 2.5. Химический состав порошка ЦИО
Марка материала Химический состав, %
ЦИО-7-10-50 У203 5Ю2 Ре203 А120з ТЮ2
6,0 0,2 0,05 пет 0
Норма по ТУ 1-595-2-659-2002 7±1 0,05 0,05 0,2 Не >0