Структурно-физические аспекты прогнозирования долговечности защитных покрытий лопаток стационарных газовых турбин

• Автор: Можайская, Наталия Васильевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Глава 1. Коррозионная стойкость жаропрочных сплавов и покрытий при ,. высоких температурах

щ 1.1. Особенности напряженного состояния и условий эксплуатации лопаток

ГАЗОВЫХ ТУРБИН

1.2. Защитные покрытия, их структура и свойства

1.2.1. Виды защитных покрытий для лопаток газовых турбин, их классификация и технология нанесения

1.2.2. Сопротивление высокотемпературному окислению покрытий

1.3. Деградация структуры и свойств покрытий

1.4. Методы прогнозирования ресурса покрытий

1.4.1. Экспериментальные методы исследования массообменных процессов для оценки ресурса в защитных покрытиях
1.4.2. Расчетные методы исследования массообменных процессов для оценки ресурса защитных покрытий

1.5. Выводы ПО ГЛАВЕ

Глава 2. Материал и методы исследования
2.1. МАТЕРИАЛ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
(Ц 2.2.1. Металлографические исследования
2.2.2. Рентгеноструктурный анализ
2.2.2. Методика рентгеноспектрального лшкроанализа
Глава 3. Исследование состояния лопаток ГТУ с покрытиями после длительной эксплуатации
3.1. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК С ДИФФУЗИОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
3.2.1. Направляющие лопатки 1-ой ступени ТВД турбины ГТН-25
3.2.2. Рабочие лопатки 2-ой ступени ТВД турбины ГТН-25
3.2.3. Направляющие лопатки 1-ой ступени ТВД турбины ГТ
3.2.4. Направляющие лопатки ТВ-3
3.2.5. Направляющие лопатки судовых ГТУ
3.3. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК С ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМИ
ПОКРЫТИЯМИ (ЕВ РУЦ)
ф 3.3.1. Рабочие лопатки пиковой энергетической газовой турбины ГТ-100
3.3.2. Рабочие и направляющие лопатки пиковой энергетической газовой турбины ГТ
3.3.3. Рабочие и направляющие лопатки судовых ГТУ
3.3.4. Рабочие лопатки газовой турбины ГТК-25И
3.4. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК С ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННЫМИ
ПОКРЫТИЯМИ
3.4.1. Направляющие лопатки ГТЭ
3.4.2. Направляющие лопатки газовой турбины ГТ-6
3.4.3. Рабочие лопатки ГТН-25
3.5.ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 4. Закономерности образования и роста защитных оксидных пленок
4.1. Фазовый состав оксидных пленок
4.2. Влияние температуры выдержки
4.3. Влияние содержания алюминия в покрытии
4.4. Влияние толщины покрытия
4.5.Влияние технологии нанесения покрытия
4.6. Влияние состава основного металла
4.7. аппроксимация результатов испытаний
4.8. Выводы по главе
Глава 5.Кинетика изменения структуры покрытия
5.1. Фазовый состав покрытия и основного металла, его изменение при
длительной эксплуатации
5.1.1. Плазменное покрытие Ni25Cr5Al2SiTaYна сплаве СМ247 LC
5.1.2. Плазменное покрытие Co29Cr6AlY на сплаве ЖС6К
5.1.3. Плазменное покрытие Ni30Co28Cr8AlY и Ni30Co28Crl0AlYна сплаве IN738 LC
5.1.4. Плазменное покрытие Ni25Col 7Crl0AlYRe на сплаве Rene
5.1.5. Плазменное покрытие Ni25Col7CrlOAlYRe на ставе PWA1483SX
5.2. Особенности изменения состава поверхностного слоя
5.3. Обезлегирование внешнего слоя покрытия
5.3.1. Влияние времени выдержки
^ 5.3.2. Влияние температуры
5.3.3. Влияние состава покрытия
5.4. Выводы по главе
Глава 6. Моделирование структурно-фазовых изменений в покрытиях при изотермическом старении и создание Методики прогнозирования коррозионного ресурса покрытия
6.1. Физическая модель
6.2. Математическая модель и ее параметры
6.3. Методики прогнозирования коррозионного ресурса
6.4. Влияние основных параметров покрытий на их долговечность (примеры
расчета)
6.4.1. Идентификация параметров модели
6.4.2. Примеры расчета коррозионного ресурса покрытий
w Выводы
Список использованной литературы
Приложение

Одна из основных проблем, возникающих при эксплуатации энергетических, транспортных и авиационных ГТУ - обеспечение надежности и долговечности наиболее ответственных узлов агрегата -лопаточного аппарата. При создании новых установок эти вопросы становятся особенно острыми, так как достижение необходимого уровня удельной мощности и эффективности турбины связано с температурным режимом работы турбины.
Эксплуатируемые в настоящий момент отечественные "пиковые" энергетические ГТУ, а также ряд ГТУ, эксплуатирующихся на компрессорных станциях, работают при температуре газа на входе в турбину около 1100°С, что соответствует температуре металла лопаток 900-1000°С. Применяемые для лопаток ГТУ современные жаропрочные никелевые сплавы, обладающие необходимым уровнем длительной прочности, не обеспечивают требования, предъявляемые к ресурсу лопаток, в связи с их невысокой коррозионной стойкостью в среде продуктов сгорания как чистых сортов топлива, так особенно топлив с высоким содержанием серы и натрия.
Достижение требуемого уровня работоспособности лопаточного аппарата ГТУ связано с созданием работоспособной композиции жаропрочный сплав - коррозионностойкое покрытие. Причем, очень важным является, чтобы, наряду с надежной защитой от коррозии в течение всего срока эксплуатации, взаимодействие материала покрытия с основой не ухудшало бы прочностных свойств металла лопатки (особенно усталостной и термоусталостной прочности) с одной стороны, и с другой, чтобы процессы взаимодействия покрытия с газовой средой и основой были прогнозируемыми. Такое прогнозирование является основой определения назначенного ресурса лопаток. Наличие сведений о фазовых равновесиях в

поверхностями, не имеющими покрытия, перед закладкой в печи на них наносили смесь двуокиси хрома Сг2Оэ с лаком.
Образцы с керамическим покрытием подвергались термическому циклированию: через каждые 170 часов их вынимали из печи и выдерживали 2 часа при комнатной температуре.
После изотермической выдержки все образцы подвергались следующим видам исследований: металлографическим исследованиям,
рентгеноструктурному анализу (определению фазового состава оксидных пленок) и изучению распределения элементов в поверхностном слое методом РСМА.
2.2.1. Металлографические исследования
После выгрузки из печи для сохранения оксидной пленки на поверхность образцов электролитическим способом наносился слой меди, и только затем из них готовились металлографические шлифы.
На каждом образце с помощью метода цифровой металлографии [103, 185, 123] проводились следующие измерения:
- толщины оксидной пленки и всех слоев, формирующихся в результате изотермической выдержки на воздухе в покрытии и примыкающем к покрытию слое основного металла;
- определялась объемная доля фаз, имеющихся в покрытии в исходном состоянии и образующихся в процессе выдержки.
Для металлографического исследования использовался инвертированный микроскоп «Neophot 32» фирмы Карл Цейс Йена с установленной на нем видеокамерой «Baumer Coptronic». Обрабатывались полученные изображения с помощью программного обеспечения «ВидеоТесТСтруктура» фирмы «ИстаВидеоТест». Основное назначение данной программы - это проведение на изображениях измерений в реальных единицах измерения. Автоматические измерения проводятся, когда на