Разработка технологии получения и исследование свойств уплотнительных срабатываемых покрытий на основе стабилизированного диоксида циркония

• Автор: Галлямов, Ринат Талгатович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Введение
1. Уплотнение радиальных зазоров в ГТД. Требования к материалам и методы нанесения уплотнительного покрытия

1.1. Необходимость уплотнения радиальных зазоров в ГТД

1.1.1. Влияние изменения радиального зазора на характеристики ГТД

1.1.2. Регулирование радиального зазора путем создания специальных уплотнений

1.1.2.1. Современные системы уплотнений

1.1.2.2. Требования к уплотнительным материалам

1.1.2.3. Уплотнительные покрытия на основе металлических материалов

1.1.2.4. Уплотнительные покрытия на основе керамических материалов

1.2. Использование диоксида циркония в качестве материала покрытий

1.3. Синтез порошков стабилизированного диоксида циркония

1.4. Улучшение характеристик керамических покрытий путем армирования
1.5. Получение керамических покрытий на металлических подложках
2. Материалы для получения уплотнительных покрытий и методы их исследования
2.1. Методы исследования свойств порошков, материалов и покрытий
2.1.1. Определение насыпной плотности и плотности после утряски
2.1.2. Определение пикнометрической плотности
2.1.3. Определение текучести
2.1.4. Определение условной вязкости суспензии
2.2. Методы исследования уплотнительных материалов и покрытий
2.2.1. Исследование газоабразивной стойкости
2.2.2. Исследование триботехнических характеристик
2.2.3. Исследование жаростойкости
2.2.4. Измерение кажущейся пористости и плотности покрытий
2.2.5. Исследование термостойкости покрытий
2.3. Подготовка исходных материалов для получения уплотнительных
покрытий
2.3.1. Получение порошков стабилизированного диоксида циркония
2.3.1.1. Получение укрупненных порошков
2.3.1.2. Влияние концентрации циркония и аммиака на свойства порошков
2.3.2. Механохимическое активирование порошков стабилизированного диоксида циркония
2.3.3. Получение укрупненного нитрида бора
2.3.4. Подготовка поверхности металлической подложки
2.3.4.1. Создание переходных слоев методом плазменного напыления
2.3.4.2. Отработка технологии крепления сетки к металлической подложке
3.Получение толстослойных керамических покрытий
на основе 1х1Чг0ъ
3.1. Покрытия на металлических подложках с предварительно нанесенным плазменным покрытием 2г7У3
3.2. Получение покрытий на металлических подложках, армированных сеткой
3.2.1. Формование покрытия методом шликерного литья и спеканием
3.2.1.1. Исследование влияния крупности дисперсных частиц и условий сушки покрытия на их качество
3.2.1.2. Исследование влияния влажности системы и дисперсности наполнителя на качество покрытия
3.2.2. Получение композиционных керамических покрытий из шликеров методом горячего прессования
4. Исследование свойств композиционных уплотнительных покрытий
на основе 1х1Уг
4.1. Определение пористости и плотности
4.2. Исследование газоабразивной стойкости
4.3. Исследование триботехнических характеристик композиционных покрытий
4.4. Исследование жаростойкости покрытий
4.5. Оценка термостойкости покрытий
4.6. Построение регрессионных моделей характеристик уплотнительного покрытия
5. Опытнопромышленная технология получения уплотнительного композиционного покрытия на секторах статорной части ГТД
5.1. Армирование поверхности сектора
5.2. Подготовка шликера для нанесения уплотнительного покрытия
5.3. Формирование покрытия
5.3.1. Холодное прессование
5.3.2. Горячее прессование
Выводы
Список использованных источников


Следует также иметь ввиду, что технологический процесс изготовления сотового уплотнения довольно сложен и трудоемок . Использование таких уплотнений в стационарных газовых турбинах вряд ли целесообразно вследствие повышенного эрозионного действия рабочего тела. Наибольший же интерес вызывает возможность регулирования радиального зазора с использованием уплотнительных срабатываемых покрытий. Высокотемпературный поток продуктов сгорания топлива представляет собой окислительную среду, истекающую с высокой скоростью, которая оказывает значительное эрозионное воздействие на материалы, используемые в уплотнениях. Высокая эрозионная стойкость, высокая жаростойкость, в том числе в условиях сульфидной коррозии. Высокая стойкость в условиях термоциклирования и термоусталостного нагружения. Высокая термическая стабильность. Покрытие не должно претерпевать значительных изменений своих физических и химических свойств в процессе эксплуатации. Обеспечение приработки узлов. Материал в условиях сухого трения должен иметь невысокий коэффициент трения и незначительно изнашивать лопатки и гребешки дисков, при соприкосновении не вызывать интенсивного нагрева, не наволакиваться и не свариваться с лопатками. Сохранять адгезию к металлической основе в течение всего ресурса. Быть технологичным в изготовлении и иметь возможность получения необходимой толщины покрытия. В целом, уплотнительное покрытие должно обладать хорошими антифрикционными свойствами. Одним из приемов снижения коэффициента трения является формирование поверхностной структуры с развитой анизотропией свойств высокой прочностью в нормальном направлении и малым сопротивлением на сдвиг . Это возможно осуществить путем введения в покрытие твердосмазочной составляющей химического соединения с гексагональной структурой, обладающего большим отношением кристаллографических параметров са. Наиболее распространенными высокотемпературными твердыми смазками являются дисульфид молибдена, графит и нитрид бора . Важнейшей характеристикой высокотемпературных твердых смазок является зависимость коэффициента трения от температуры. Резкое увеличение коэффициента трения у перечисленных твердых смазок наблюдается при температурах выше МоБ2 0УС, графит 0С, ВЫ 0С. Следует отметить также, что эти твердые смазки при высоких температурах достаточно легко окисляются на воздухе. В ряде случаев, в качестве твердых смазок для работы при температурах выше 0С используются фториды щелочноземельных металлов СаР2, ВаР
1. Одними из первых были разработаны уплотнительные материалы типа алюминий графит, работоспособные до температур не выше 0С. При более высоких температурах материал наволакивался на лопатки ротора компрессора, что приводило к его заклиниванию . Материалы на основе Си с наполнителем твердой смазкой графит и нитрид бора могут быть работоспособны до температур 0С с ресурсом часов . Плазменные уплотнительные покрытия, напыленные композиционным порошком графит, с последующим горячим уплотнением в газостате при б0С и давлении МПа рекомендуются для работы при температуре 0С . В качестве материалов уплотнений на основе никеля могут быть использованы композиции типа С5 ЫьБьграфит и КН РКБьВМ. Исследования на жаростойкость данных материалов, проведенные в работе , выявили, что покрытия из КН обладают большей стабильностью химического состава и структуры. Покрытия на основе С5 обладают низкой окалиностойкостыо в рабочих условиях, что обусловлено малой стойкостью против окисления графита. При температуре 0С графит в материале С5 практически полностью выгорает. Таким образом, использование графита в высокотемпературной части ПГД вряд ли целесообразно. Плазменным напылением покрытие АНБ А1ВЫ с температурой эксплуатации до 0С. Газопламенным напылением стержнями уплотнительного покрытия УВС2 МВЫССиО с температурой эксплуатации до 0С. В ряде случаев для плазменного напыления уплотнительных покрытий используют механические смеси. Например, 0СаО СаР2. Рекомендуемый подслой А1, Сг, толщина покрытия 0 мкм, коэффициент трения по керамике 0,,3. Продолжительность работы уплотняющего элемента с покрытием более 0 часов при 0С .