Ученые создали жаропрочный композит для авиадвигателей
Исследователи Пермского Политеха разработали разработали технологию создания многослойных керамических теплозащитных покрытий для авиационных двигателей. Ее особенность – возможность производить материалы в одну стадию.
В современных газотурбинных двигателях используют многослойные теплозащитные покрытия, которые способны выдерживать высокие температуры. Они состоят из четырех слоев: подложки из жаропрочного суперсплава, связующего слой между сплавом и теплозащитным покрытием, термически выращенного оксида и керамического верхнего покрытия.
– Все слои различаются по своей природе и физико-механическим свойствам, поэтому важно не только сформировать их, но и создать между ними плавные «переходы» – прочные структуры на границах разделов. Это позволит обеспечить однородность свойств композита, – рассказывает один из разработчиков, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» Пермского Политеха, кандидат технических наук Максим Каченюк.
Способы, которые сейчас применяют для нанесения покрытий, могут привести к потере компонентов в керамическом слое и неоднородности структуры. Это может снизить эффективность изделий с теплозащитными покрытиями при дальнейшем использовании.
– Мы предложили создавать градиентные теплозащитные покрытия с помощью искрового плазменного спекания. Эта технология обеспечивает высокую скорость нагрева за короткое время и сохраняет исходные химические свойства и микроструктуры материалов. Способ позволяет получать слоистые материалы очень сложного состава в одну стадию, – поясняет научный руководитель разработчика, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» Пермского Политеха, доктор технических наук, доцент Светлана Оглезнева.
На фото: Установка искрового плазменного спекания
По словам ученых, метод имеет ограничения при создании деталей сложных форм, но эту проблему можно решить за счет применения современных принципов бионического дизайна. С их помощью защищают только наиболее «слабые» участки и интегрируют их в узел, используя аддитивные технологии, лазерную или электронно-лучевую сварку.
Исследователи выявили оптимальные параметры для создания многослойных теплозащитных покрытий. С помощью искрового плазменного спекания можно производить их в одну стадию. Наибольшей эффективности удалось добиться при диапазоне температур 1000-1050 °C и времени изотермической выдержки от 5 до 25 минут. Термическое выращивание подслоя позволило сделать свойства материалов более однородными. Полученные в ходе экспериментов слои отличались достаточным «сцеплением». Разработка обеспечит качественную защиту деталей газотурбинных двигателей от высоких температур и увеличит их эффективность, считают ученые.
Результаты работы, которая соответствует направлению НОЦ «Новые материалы и вещества» ученые опубликовали в журнале
Russian Engineering Research. Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России, а также при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края.
