RU2791541C1 - Abradable sealing coating (operating temperature up to 800 οc) - Google Patents
Abradable sealing coating (operating temperature up to 800 οc) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791541C1 RU2791541C1 RU2022117240A RU2022117240A RU2791541C1 RU 2791541 C1 RU2791541 C1 RU 2791541C1 RU 2022117240 A RU2022117240 A RU 2022117240A RU 2022117240 A RU2022117240 A RU 2022117240A RU 2791541 C1 RU2791541 C1 RU 2791541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- coating
- aluminum
- powder
- boron nitride
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к истираемым уплотнительным покрытиям для проточной части газотурбинного двигателя (ГТД) с рабочими температурами до 800°С.The invention relates to mechanical engineering, namely to abradable sealing coatings for the flow path of a gas turbine engine (GTE) with operating temperatures up to 800°C.
Совершенствование ГТД характеризуется интенсификацией рабочих процессов, при этом особую остроту приобретает проблема уменьшения потерь и утечек рабочего газа в уплотнениях проточной части, обусловленных наличием радиальных зазоров, предусмотренных для предохранения лопаток и лабиринтов от износа и разрушения при возможном касании о корпусные детали. При этом увеличение относительного радиального зазора в газовом тракте компрессора или турбины на 1%, по данным разных авторов, вызывает снижение коэффициента полезного действия (КПД) двигателя от 1 до 3% и соответственное увеличение расхода рабочего газа.GTE improvement is characterized by the intensification of work processes, while the problem of reducing losses and leakages of working gas in the seals of the flow path, due to the presence of radial gaps, provided to protect the blades and labyrinths from wear and destruction in case of possible contact with body parts, becomes especially acute. At the same time, an increase in the relative radial clearance in the gas path of a compressor or turbine by 1%, according to various authors, causes a decrease in the efficiency factor (COP) of the engine from 1 to 3% and a corresponding increase in the flow rate of the working gas.
Наиболее рациональным способом уменьшения зазоров является применение специальных материалов, связанных с неподвижной деталью (например, покрытия на рабочих кольцах), которые легко истираются при взаимодействии с кончиками лопаток или гребешками лабиринтов, устраняя тем самым их возможный износ и даже разрушение. Таким образом, способность к истиранию является одним из основных требований к уплотнительным материалам. Для удовлетворения этого требования необходимо, чтобы прочность уплотнительного материала была значительно ниже прочности материала лопаток или гребешков лабиринта. Однако, прочность уплотнительного материала определяет и его эрозионную стойкость, которая должна быть такова, чтобы материал оправдал свое назначение в течение заданного ресурса. Так как к прочности уплотнительного материала предъявляются два таких противоречивых требования выбор ее величины является наиболее ответственным моментом при разработке и применении материала. Отсюда же вытекает не менее важная задача сохранения прочности на выбранном уровне в течение заданного времени работы материала.The most rational way to reduce gaps is to use special materials associated with a fixed part (for example, coatings on working rings), which are easily abraded when interacting with the tips of the blades or labyrinth scallops, thereby eliminating their possible wear and even destruction. Thus, the ability to abrasion is one of the main requirements for sealing materials. To meet this requirement, it is necessary that the strength of the sealing material be significantly lower than the strength of the material of the labyrinth blades or combs. However, the strength of the sealing material also determines its erosion resistance, which must be such that the material justifies its purpose within a given resource. Since two such conflicting requirements are imposed on the strength of the sealing material, the choice of its value is the most crucial moment in the development and application of the material. This also implies the equally important task of maintaining strength at the selected level for a given time of operation of the material.
В настоящее время в качестве истираемых уплотнений высокотемпературных ступеней компрессоров газотурбинных двигателей наиболее широкое применение получили плазменные и газопламенные покрытия на основе композиционных материалов типа металл-твердая смазка, где в качестве твердой смазки используется графит, нитрид бора, фтористый кальций, оксиды, нитриды и др., а в качестве основы - никель, сплавы систем Ni-Cr, Ni-Al и M-Cr-Al-Y (где М - Ni, Fe или Со), а также высокопористые материалы на основе металлических порошков или волокон, которые могут наноситься на детали статора методами пайки.At present, plasma and gas-flame coatings based on composite materials of the metal-solid lubricant type, where graphite, boron nitride, calcium fluoride, oxides, nitrides, etc. are used as abraded seals of high-temperature compressor stages of gas turbine engines, are most widely used. , and as a base - nickel, alloys of the Ni-Cr, Ni-Al and M-Cr-Al-Y systems (where M is Ni, Fe or Co), as well as highly porous materials based on metal powders or fibers that can be deposited on stator parts by soldering.
Известна композиция для термического напыления истираемого уплотнительного покрытия с рабочей температурой до 815°С, содержащая 5-60 масс. % твердой смазки и по меньшей мере один керамический материал, выбранный из группы, состоящей из альбита, иллита, их смесей и керамического материала на основе оксида алюминия и диоксида кремния, в массовом соотношении от 1:7 до 20:1 твердой смазки к керамическому материалу, остальное - металлический сплав, образующий матрицу, при этом твердой смазкой является гексагональный нитрид бора, а металлический сплав, образующий матрицу, выбран из группы, состоящей из сплавов Ni, Со, Fe и их комбинации (ЕР1509631 А2, 02.03.2005).Known composition for thermal spraying of abradable sealing coating with operating temperature up to 815°C, containing 5-60 wt. % solid lubricant and at least one ceramic material selected from the group consisting of albite, illite, their mixtures and ceramic material based on aluminum oxide and silicon dioxide, in a mass ratio of 1:7 to 20:1 solid lubricant to ceramic material , the rest is a metal alloy that forms the matrix, while the solid lubricant is hexagonal boron nitride, and the metal alloy that forms the matrix is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe alloys and their combinations (EP1509631 A2, 02.03.2005).
Недостатком данного покрытия является его невысокая эрозионная стойкость вследствие большого содержания твердой смазки и керамических частиц в покрытии, полученном газотермическим напылением трехкомпонентной смеси, полученной механическим смешиванием, не обеспечивающим равномерное распределение всех компонентов при формировании покрытия.The disadvantage of this coating is its low erosion resistance due to the high content of solid lubricants and ceramic particles in the coating obtained by thermal spraying of a three-component mixture obtained by mechanical mixing, which does not provide a uniform distribution of all components during the formation of the coating.
Известно пористое истираемое покрытие, состоящее из сплава Co-Ni-Cr-Al-Y, нитрида бора и полиэфира, которое наносится на подложки из нержавеющей стали с использованием плазменной горелки постоянного тока. Порошкообразный материал для нанесения покрытия содержит 27 масс. % кобальта, 26 масс. % никеля, 17 масс. % хрома, 7 масс. % алюминия, 0,5 масс. % иттрия, 8,5 масс. % нитрида бора и 14 масс. % полиэфирного порошка. Покрытие обладает хорошей истираемостью при температурах до 800°С за счет содержания нитрида бора и высокой пористости, образующейся в результате выгорания частиц полиэфирного порошка (US2010124616 А1, 20.05.2010).A porous abradable coating is known, consisting of an alloy of Co-Ni-Cr-Al-Y, boron nitride and polyester, which is applied to stainless steel substrates using a DC plasma torch. The powdered coating material contains 27 wt. % cobalt, 26 wt. % nickel, 17 wt. % chromium, 7 wt. % aluminum, 0.5 wt. % yttrium, 8.5 wt. % boron nitride and 14 wt. % polyester powder. The coating has good abrasion at temperatures up to 800°C due to the content of boron nitride and high porosity resulting from the burning of particles of polyester powder (US2010124616 A1, 20.05.2010).
Покрытие характеризуется невысокой прочностью и эрозионной стойкостью вследствие большой пористости.The coating is characterized by low strength and erosion resistance due to high porosity.
Известен состав истираемого слоя уплотнительного покрытия для проточной части высокотемпературного компрессора и турбины ГТД, содержащий матрицу из агломерированного гексагонального нитрида бора (hBN) и металлического сплава, в матрицу которого встроен указанный нитрид бора. Покрытие может наноситься на металлические и керамические подложки и обладает высокой прочностью и эрозионной стойкостью за счет использования мелких металлических частиц размером до 25 мкм, формирующих матрицу покрытия (US 8777562 В2, 15.07.2014).Known composition of the abradable layer of the sealing coating for the flow path of the high-temperature compressor and turbine GTE, containing a matrix of agglomerated hexagonal boron nitride (hBN) and a metal alloy, the matrix of which is embedded specified boron nitride. The coating can be applied to metal and ceramic substrates and has high strength and erosion resistance due to the use of small metal particles up to 25 µm in size, which form the coating matrix (US 8777562 B2, 07/15/2014).
Недостатком покрытия является низкое содержание частиц hBN по сравнению с исходной композицией вследствие их разложения под воздействием высоких температур при газотермическом напылении и недостаточная истираемость покрытия.The disadvantage of the coating is the low content of hBN particles compared to the original composition due to their decomposition under the influence of high temperatures during thermal spraying and insufficient abrasion of the coating.
Известно истираемое уплотнительное покрытие с рабочими температурами до 900°С, изготавливаемое из тонких металлических волокон. Покрытие обладает оптимальным сочетанием истираемости и эрозионной стойкости за счет своей высокой пористости (60-80%), сочетающейся с прочностью. Покрытие получают в виде пластин из спеченных волокон, напаянных на поверхности статорных деталей (RU 2382828 С2, 28.04.2008).Known abradable sealing coating with operating temperatures up to 900°C, made from thin metal fibers. The coating has an optimal combination of abrasion and erosion resistance due to its high porosity (60-80%) combined with strength. The coating is obtained in the form of plates of sintered fibers soldered on the surface of the stator parts (RU 2382828 C2, 28.04.2008).
Недостатком данного покрытия является сложность его нанесения по сравнению с более технологичными газотермическими покрытиями.The disadvantage of this coating is the complexity of its application in comparison with more technologically advanced thermal coatings.
Известно истираемое уплотнительное покрытие УВС-2, нашедшее широкое применение в конструкциях высокотемпературных ступеней компрессоров авиационных ГТД, получаемое газопламенным или плазменным напылением стержней или гранул на органическом связующем, состоящих из никеля, нитрида бора, графита, окиси меди, окиси кадмия и алюминия (Д.П. Фарафонов, В.П. Мигунов, А.А. Сараев, Н.Е. Лещев. Истираемость и эрозионная стойкость уплотнительных материалов проточной части ГТД. Труды ВИАМ №8 (68), 2018, страница 75).Known abradable sealing coating UVS-2, which has found wide application in the design of high-temperature compressor stages of aircraft gas turbine engines, obtained by flame or plasma spraying of rods or granules on an organic binder, consisting of nickel, boron nitride, graphite, copper oxide, cadmium and aluminum oxide (D. P. Farafonov, V. P. Migunov, A. A. Saraev, N. E. Leshchev, Abrasion and erosion resistance of sealing materials of the GTE flow path, Proceedings of VIAM No. 8 (68), 2018, page 75).
Покрытие обладает высокой эрозионной стойкостью, удовлетворительной истираемостью, но может эксплуатироваться при рабочих температурах не выше 700°С.The coating has high erosion resistance, satisfactory abrasion, but can be used at operating temperatures not exceeding 700°C.
Одним из возможных вариантов повышения эксплуатационных характеристик прирабатываемых покрытий является применение плакированных порошков твердых смазок. Использование плакированных порошков позволяет создать структуру истираемого уплотнительного покрытия с повышенным содержанием твердой смазки. За счет плакирования частиц удается достичь более химически однородные смеси, защитить частицы от разложения в процессе высокотемпературного напыления и приблизить значение их плотности к плотности металлической фазы, что улучшает текучесть порошка при напылении. Создание вокруг частицы BN слоя из жаростойкого сплава способно защитить вводимые частицы BN в составе уплотнительного материала от термического воздействия плазменной струи при напылении и циклического нагрева в ходе работы KB Д.One of the possible options for improving the performance of run-in coatings is the use of clad powders of solid lubricants. The use of clad powders makes it possible to create the structure of an abradable sealing coating with a high content of solid lubricant. By cladding particles, it is possible to achieve more chemically homogeneous mixtures, protect particles from decomposition during high-temperature spraying, and bring their density closer to the density of the metal phase, which improves powder flow during spraying. The creation of a heat-resistant alloy layer around the BN particle is able to protect the introduced BN particles in the composition of the sealing material from the thermal effects of the plasma jet during spraying and cyclic heating during the operation of KB D.
Известны истираемые уплотнительные покрытия фирмы Metco марок Metco 314NS и Metco 312NS, изготавливаемые плазменным напылением композиционных порошков, представляющих собой частицы бентонита, покрытые металлической оболочкой из сплава Ni-Cr-Al. Покрытия характеризуются высокой эрозионной стойкостью и удовлетворительной истираемостью (Thermal Spray Materials Guide - April 2015, Oerlikon Metco, page 10).Known abradable sealing coatings company Metco brands Metco 314NS and Metco 312NS, manufactured by plasma spraying of composite powders, which are particles of bentonite, coated with a metal shell of Ni-Cr-Al alloy. The coatings are characterized by high erosion resistance and satisfactory abrasion (Thermal Spray Materials Guide - April 2015, Oerlikon Metco, page 10).
Недостатком данных покрытий являются относительно низкие рабочие температуры - до 650°С.The disadvantage of these coatings are relatively low operating temperatures - up to 650°C.
Известно истираемое уплотнительное покрытие (US6808756 В2, пп. 1-3 ф.и., 26.10.2004), наносимое методом газоплазменного напыления композиции, состоящей из частиц твердой смазки, покрытых металлической оболочкой, в количестве 70-95 масс. % и частиц твердой смазки (hBN) в количестве 5-30 масс. %. В качестве твердой смазки с металлической оболочкой предлагается использовать гексагональный нитрид бора, графит, фтористый кальций, фторид лития, дисульфид молибдена и др. В качестве металлической матрицы - никель, кобальт, медь, железо, алюминий или сплавы из этих элементов.Known abradable sealing coating (US6808756 B2, paragraphs 1-3 f.i., 26.10.2004), applied by the method of gas-plasma spraying of a composition consisting of solid lubricant particles coated with a metal shell, in the amount of 70-95 wt. % and solid lubricant particles (hBN) in the amount of 5-30 wt. %. It is proposed to use hexagonal boron nitride, graphite, calcium fluoride, lithium fluoride, molybdenum disulfide, etc. as a solid lubricant with a metal shell. Nickel, cobalt, copper, iron, aluminum or alloys of these elements are used as a metal matrix.
Наиболее близким аналогом является уплотнительное покрытие, получаемое методом газотермического (плазменного) напыления из материала следующего состава, масс. %: 10-15 нитрида бора, 5-10 графита, 5-12 фосфатного связующего, сплав никеля с алюминием - остальное (RU 2075530 С1, 20.03.1997).The closest analogue is a sealing coating obtained by thermal (plasma) spraying from a material of the following composition, wt. %: 10-15 boron nitride, 5-10 graphite, 5-12 phosphate binder, nickel-aluminum alloy - the rest (RU 2075530 C1, 03/20/1997).
Общим недостатком указанных покрытий, получаемых плазменным напылением смесей или агломератов из металлических и неметаллических материалов, является их неоднородность в связи с использованием сильно отличающихся по физико-химическим свойствам компонентов (порошков сплава и твердой смазки, например, нитрида бора и графита). Недостатком покрытия-прототипа также является высокая твердость интерметаллидов (алюминидов никеля), использующихся в качестве основы, что приводит к снижению истираемости покрытия.A common disadvantage of these coatings obtained by plasma spraying of mixtures or agglomerates from metallic and non-metallic materials is their heterogeneity due to the use of components that differ greatly in their physicochemical properties (alloy powders and solid lubricants, for example, boron nitride and graphite). The disadvantage of the prototype coating is also the high hardness of the intermetallic compounds (Nickel aluminides) used as a base, which leads to a decrease in the abrasion of the coating.
Технической задачей изобретения является получение истираемого уплотнительного покрытия с рабочей температурой до 800°С, наносимого плазменным напылением, обеспечивающего эффективность уплотнений проточной части высокотемпературных ступеней компрессора ГТД и повышение коэффициента полезного действия двигательной установки летательного аппарата за счет возможности уменьшения радиальных зазоров и, соответственно, сокращения утечек рабочего газа.The technical objective of the invention is to obtain an abradable sealing coating with a working temperature of up to 800 ° C, applied by plasma spraying, ensuring the efficiency of sealing the flow path of the high-temperature stages of the gas turbine engine compressor and increasing the efficiency of the aircraft propulsion system due to the possibility of reducing radial gaps and, accordingly, reducing leaks working gas.
Техническим результатом изобретения является увеличение истираемости покрытия при сохранении эрозионной стойкости на высоком уровне (420-840 усл. ед).The technical result of the invention is to increase the abrasion of the coating while maintaining erosion resistance at a high level (420-840 conventional units).
Для достижения поставленного технического результата предлагается покрытие для уплотнения радиальных зазоров и проточной части компрессора газотурбинного двигателя, полученное методом плазменного напыления порошковой смеси, содержащей порошки нитрида бора, графита и порошок сплава на никелевой основе, при этом в качестве порошка на никелевой основе использован порошок сплава на никелевой основе, содержащий алюминий, хром и иттрий, а порошковая смесь при необходимости содержит по меньшей мере один компонент из группы: нитрид алюминия, оксид алюминия, карбид кремния, при этом компоненты в порошковой смеси взяты при следующем соотношении, масс. %:To achieve the stated technical result, a coating is proposed for sealing radial gaps and the flow path of a gas turbine engine compressor, obtained by plasma spraying of a powder mixture containing powders of boron nitride, graphite and nickel-based alloy powder, while nickel-based alloy powder is used as a nickel-based powder. nickel-based, containing aluminum, chromium and yttrium, and the powder mixture, if necessary, contains at least one component from the group: aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, while the components in the powder mixture are taken in the following ratio, wt. %:
при этом покрытие получено с использованием порошков с размером частиц от 50 до 200 мкм, произведенных с использованием жидкого стекла в качестве связки, причем содержащиеся в порошковой смеси порошки нитрида бора и графита являются никелированными.wherein the coating is obtained using powders with a particle size of 50 to 200 μm, produced using liquid glass as a binder, and the powders of boron nitride and graphite contained in the powder mixture are nickel-plated.
Покрытие может содержать подслой, состоящий из сплава системы никель-хром, никель-хром-алюминий или никель-хром-алюминий-иттрий.The coating may contain a sublayer consisting of an alloy of the nickel-chromium, nickel-chromium-aluminum or nickel-chromium-aluminum-yttrium system.
Использование никелированных частиц твердой смазки - нитрида бора и графита, позволяет получить более равномерно распределенные металлические и неметаллические компоненты в плазменном покрытии за счет уменьшения различий в физико-химических свойствах исходных компонентов и защиты порошка твердой смазки от взаимодействия с плазменной струей.The use of nickel-plated solid lubricant particles - boron nitride and graphite, makes it possible to obtain more evenly distributed metal and non-metallic components in the plasma coating by reducing differences in the physicochemical properties of the initial components and protecting the solid lubricant powder from interaction with the plasma jet.
Повышение содержания в исходной порошковой смеси никелированного нитрида бора до 50-85 масс. % улучшает однородность распределения твердой смазки (нитрида бора) по всему объему покрытия, что, в свою очередь, улучшает показатели его истираемости и эрозионной стойкости.Increasing the content of nickel-plated boron nitride in the initial powder mixture to 50-85 wt. % improves the uniformity of distribution of the solid lubricant (boron nitride) throughout the entire volume of the coating, which, in turn, improves its abrasion and erosion resistance.
В отличие от покрытия-прототипа, в котором высокая жаростойкость достигается применением в его составе интерметаллидов (алюминидов никеля NiAl3, Ni2Al3, NiAl, Ni3Al), обладающих высокой твердостью, что ухудшает истираемость покрытия, в предлагаемом покрытии высокая жаростойкость достигается введением в сплав на никелевой основе алюминия, хрома и иттрия, которые способствуют повышению сопротивления покрытия высокотемпературному окислению за счет образования окисных пленок на поверхности указанного сплава, обладающих защитными свойствами.Unlike the prototype coating, in which high heat resistance is achieved by using intermetallic compounds (nickel aluminides NiAl 3 , Ni 2 Al 3 , NiAl, Ni 3 Al) in its composition, which have high hardness, which worsens the abrasion of the coating, in the proposed coating high heat resistance is achieved the introduction of aluminum, chromium and yttrium into the nickel-based alloy, which contribute to an increase in the resistance of the coating to high-temperature oxidation due to the formation of oxide films on the surface of the specified alloy, which have protective properties.
Покрытие может дополнительно содержать один или несколько компонентов в количестве 0,5-5 масс. % из группы: нитрид алюминия, оксид алюминия, карбид кремния, обладающих стабильностью свойств при высоких температурах, повышающих эрозионную стойкость, термостойкость и прочность при высокотемпературной эксплуатации.The coating may additionally contain one or more components in the amount of 0.5-5 wt. % from the group: aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, having stable properties at high temperatures, increasing erosion resistance, heat resistance and strength at high temperature operation.
Использование для плазменного напыления шихты (порошка) размером 50-200 мкм позволяет получать покрытия с наиболее равномерным распределением всех компонентов с высоким коэффициентом использования порошка. При меньшем размере шихты (порошка) в процессе плазменного напыления не все частицы достигают подложки, а при большем размере частиц формирующееся покрытие не обладает достаточной прочностью и эрозионной стойкостью ввиду недостаточного оплавления частиц.The use of charge (powder) with a size of 50-200 microns for plasma spraying makes it possible to obtain coatings with the most uniform distribution of all components with a high powder utilization factor. With a smaller charge (powder) in the process of plasma spraying, not all particles reach the substrate, and with a larger particle size, the resulting coating does not have sufficient strength and erosion resistance due to insufficient particle melting.
В качестве связки для получения шихты (порошка) используется жидкое стекло, содержащее кремний, наличие которого также повышает жаростойкость покрытия благодаря образованию на поверхности материала тонкой пленки SiO2.As a binder to obtain a mixture (powder), liquid glass containing silicon is used, the presence of which also increases the heat resistance of the coating due to the formation of a thin film of SiO 2 on the surface of the material.
Примеры осуществления.Implementation examples.
Для приготовления шихты (порошка) для нанесения уплотнительного покрытия порошки исходных компонентов с фракционным составом 60-150 мкм помещались в смеситель турбулентного типа и смешивались до однородной композиции, состоящей из порошка сплава системы Ni-Cr-Al-Y марки НХ16Ю6Ит, порошка никелированного нитрида бора и порошка никелированного графита. Полученную порошковую смесь смешивали с натриевым жидким стеклом до получения однородной крупчатой массы. Влажную порошковую массу протирали через сита 065 и 045. Полученную смесь просушивали в сушильном шкафу. Высушенную шихту просеивали на вибросите с сеткой 02.To prepare a charge (powder) for applying a sealing coating, the powders of the initial components with a fractional composition of 60–150 μm were placed in a turbulent-type mixer and mixed to a homogeneous composition consisting of a powder of an alloy of the Ni-Cr-Al-Y system grade HX16Yu6It, a powder of nickel-plated boron nitride and nickel-plated graphite powder. The resulting powder mixture was mixed with sodium liquid glass until a homogeneous granular mass was obtained. The wet powder mass was rubbed through sieves 065 and 045. The resulting mixture was dried in an oven. The dried mixture was sifted on a vibrating screen with mesh 02.
Полученную шихту с фракционным составом 50-200 мкм напыляли на подложки из сплава ЭП718ИД с предварительным нанесением подслоя из нихрома марки Х20Н80 (для примеров 1-2), подслоя из сплава Ni-Cr-Al марки НХ20Ю10 (для примеров 3-5) и подслоя из сплава Ni-Cr-Al-Y марки НХ16Ю6Ит (для примеров 6-10). Толщина покрытия составляла 2,5-5 мм.The resulting mixture with a fractional composition of 50-200 μm was sprayed onto substrates made of EP718ID alloy with a preliminary deposition of a sublayer of nichrome grade X20N80 (for examples 1-2), a sublayer of Ni-Cr-Al alloy grade HX20Yu10 (for examples 3-5) and a sublayer from an alloy Ni-Cr-Al-Y brand NX16Yu6It (for examples 6-10). The coating thickness was 2.5–5 mm.
Состав шихты для приготовления уплотнительного покрытия приведен в таблице 1.The composition of the charge for the preparation of the sealing coating is shown in table 1.
В таблице 2 представлены результаты сравнительных испытаний полученных образцов с предложенным истираемым уплотнительным покрытием и покрытием-прототипом на эрозионную (газоабразивную) стойкость и врезание на высокоскоростной машине трения в паре с имитаторами лопаток из сплава ЭП718ИД.Table 2 presents the results of comparative tests of the obtained samples with the proposed abradable sealing coating and the prototype coating for erosion (gas-abrasive) resistance and cutting on a high-speed friction machine paired with blade simulators made of EP718ID alloy.
Газоабразивную стойкость определяли измерением потери массы исследуемого образца при обдувании его скоростным потоком воздуха, содержащим твердые частицы (электрокорунд с величиной частиц 100-125 мкм).Gas-abrasive resistance was determined by measuring the mass loss of the test sample when it was blown with a high-speed air stream containing solid particles (electrocorundum with a particle size of 100-125 μm).
За эрозионную стойкость материала принимается отношение объема истраченного абразива (частиц электрокорунда) к объему унесенного им испытываемого материала:The erosion resistance of the material is taken as the ratio of the volume of abrasive (electrocorundum particles) consumed to the volume of the test material carried away by it:
Va - объем истраченного абразива, см3;V a - the amount of spent abrasive, cm 3 ;
γт - плотность испытываемого материала, г/см3;γ t - density of the tested material, g/cm 3 ;
Δm - потеря массы испытываемого образца, г.Δm is the mass loss of the test sample, g.
Испытания проводили на образцах в виде пластин размером не менее 10×10 мм, на поверхность которых через сопло лабораторной установки подавался сжатый воздух при давлении 0,45 МПа с абразивным материалом. Расход абразива составлял 5 см3 на одно испытание, угол атаки - 30°.The tests were carried out on samples in the form of plates with a size of at least 10 × 10 mm, on the surface of which compressed air was supplied at a pressure of 0.45 MPa with an abrasive material through the nozzle of a laboratory installation. Abrasive consumption was 5 cm 3 per test, the angle of attack was 30°.
Сравнительные испытания на врезание проводились на смонтированной на базе испытательной машины трения ИМ-58 лабораторной высокоскоростной установке при торцевом трении подвижного (контртело из сплава ЭП718ИД) и неподвижного (образцы с прирабатываемыми покрытиями) элементов.Comparative penetration tests were carried out on a laboratory high-speed setup mounted on the basis of an IM-58 friction testing machine with end friction of a moving (counterbody made of EP718ID alloy) and stationary (samples with run-in coatings) elements.
По результатам испытаний, представленным в таблице 2, видно, что заявляемое истираемое покрытие превосходит по истираемости покрытие-прототип и обладает высоким уровнем эрозионной стойкости, необходимым для обеспечения возможности его использования в качестве уплотнений проточной части компрессоров современных ГТД.According to the test results presented in table 2, it can be seen that the inventive abradable coating is superior in abrasion to the prototype coating and has a high level of erosion resistance necessary to enable its use as seals for the flow path of modern GTE compressors.
Таким образом, предлагаемое покрытие обладает наиболее оптимальным сочетанием истираемости и эрозионной стойкости, что позволит ему эффективно работать в качестве уплотнений проточной части компрессора в паре с лопатками из жаропрочных сплавов при минимальных величинах радиальных зазоров, что сократит утечку рабочего газа и повысит коэффициент полезного действия двигательной установки летательного аппарата.Thus, the proposed coating has the most optimal combination of abrasion and erosion resistance, which will allow it to work effectively as seals for the compressor flow path paired with blades made of heat-resistant alloys with minimal radial gaps, which will reduce the leakage of the working gas and increase the efficiency of the propulsion system. aircraft.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2791541C1 true RU2791541C1 (en) | 2023-03-09 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU569636A1 (en) * | 1976-01-09 | 1977-08-25 | Предприятие П/Я Р-6209 | Nickel-based sealing alloy |
| RU2075530C1 (en) * | 1993-05-26 | 1997-03-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Composite material for nickel-base sealing coating |
| RU2342222C2 (en) * | 2002-12-13 | 2008-12-27 | Снекма Моторс | Powder material for worn out coatings and worn out coating |
| RU2461449C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Method of fabricating turbine run-in seal with multilayer shell |
| RU2706999C1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Имхотеп" | Method of producing composite material based on nickel and hexagonal boron nitride |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU569636A1 (en) * | 1976-01-09 | 1977-08-25 | Предприятие П/Я Р-6209 | Nickel-based sealing alloy |
| RU2075530C1 (en) * | 1993-05-26 | 1997-03-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Composite material for nickel-base sealing coating |
| RU2342222C2 (en) * | 2002-12-13 | 2008-12-27 | Снекма Моторс | Powder material for worn out coatings and worn out coating |
| RU2461449C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Method of fabricating turbine run-in seal with multilayer shell |
| RU2706999C1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Имхотеп" | Method of producing composite material based on nickel and hexagonal boron nitride |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6887530B2 (en) | Thermal spray compositions for abradable seals | |
| Rhys-Jones | Thermally sprayed coating systems for surface protection and clearance control applications in aero engines | |
| RU2292465C2 (en) | Abradable sealing system | |
| US7052527B2 (en) | Thermal spray composition and method of deposition for abradable seals | |
| US5059095A (en) | Turbine rotor blade tip coated with alumina-zirconia ceramic | |
| US3817719A (en) | High temperature abradable material and method of preparing the same | |
| CA2585992C (en) | Dysprosia stabilized zirconia abradable | |
| US5536022A (en) | Plasma sprayed abradable seals for gas turbine engines | |
| US5976695A (en) | Thermally sprayable powder materials having an alloyed metal phase and a solid lubricant ceramic phase and abradable seal assemblies manufactured therefrom | |
| US4566700A (en) | Abrasive/abradable gas path seal system | |
| US4936745A (en) | Thin abradable ceramic air seal | |
| US5104293A (en) | Method for applying abrasive layers to blade surfaces | |
| US4421799A (en) | Aluminum clad refractory oxide flame spraying powder | |
| WO2003059529A1 (en) | High temperature spray dried composite abradable powder for combustion spraying and abradable barrier coating produced using same | |
| CA1230017A (en) | Porous metal structures made by thermal spraying fugitive material and metal | |
| US4039296A (en) | Clearance control through a Ni-graphite/NiCr-base alloy powder mixture | |
| EP0185603A1 (en) | Improved durability metallic-ceramic turbine air seals | |
| CN108396278B (en) | Long-life MCrAlY coating, preparation method and application in hot-end part | |
| RU2791541C1 (en) | Abradable sealing coating (operating temperature up to 800 οc) | |
| RU2787192C1 (en) | Abradable sealing coating (operating temperature up to 450°c) | |
| US20240262752A1 (en) | Method for manufacturing an abradable layer | |
| Dyer et al. | Study of the metallurgical bond between 316 steel substrates and NiCrAlY coating sprayed by HVOF and irradiated with a low power CO2 laser |