DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).1.120-127

Захист елементів двигунів транспортних засобів від окислення: технологічний аспект

Ю.В. Дзядикевич, О.Б. Сван, О.П. Захарчук, П.В. Попович, Р.І. Розум, М.В. Буряк

Об авторах

Ю.В. Дзядикевич, професор, доктор технічних наук, Західноукраїнський національний університет, Тернопіль, Україна, e-mail: yu.dziadykevych@wunu.edu.ua, ORCID ID: 0000-0002-3737-9347

О.Б. Сван, доцент, кандидат медичних наук, Тернопільський національний медичний університет імені І.Я. Горбачевського, Тернопіль, Україна, e-mail: svan@tdmu.edu.ua

О.П. Захарчук, доцент, кандидат технічних наук, Західноукраїнський національний університет, Тернопіль, Україна, e-mail: olenaskyba8500@gmail.com

П.В. Попович, професор, доктор технічних наук, Західноукраїнський національний університет, Тернопіль, Україна, e-mail: ppopovich@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-5516-852X

Р.І. Розум, доцент, кандидат технічних нау, Західноукраїнський національний університет, Тернопіль, Україна, e-mail: rozoom_ruslan@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-7812-8248

М.В. Буряк, доцент, кандидат технічних нау, Західноукраїнський національний університет, Тернопіль, Україна, e-mail: burjak74@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-5332-1498

Анотація

Стаття присвячена проблемі захисту металевих конструкцій елементів двигунів транспортних засобів, а саме лопаток турбін, із тугоплавких металів і сплавів на їх основі від високотемпературного окислення. З метою забезпечення збільшення ресурсу роботи останніх були розроблені багатокомпонентні композиційні покриття на основі тугоплавких сполук, що володіють низькою швидкістю дифузної взаємодії. Розроблено методику і проведено низку досліджень щодо підвищення жаростійкості робочих лопаток турбін. Під час досліджень на робочих поверхнях було сформовано дифузійне боросиліцидне покриття на яке за допомогою шлікерного методу було нанесено шар із дисиліцида молібдена товщиною 120 мкм. Проведені дослідження показали, що при збільшенні товщини (понад 120 мкм) шару дисиліцидної суспензії спостерігалося її відрив від боросилікатної робочої поверхні лопаті турбіни. У зв’язку, з чим встановлено, що товщина шару MoSi2 не повинна перевищувати 120 мікрон. За результатами випробування боросиліційованих лопаток із нанесенням на них шару МоSi2 визначено, що із комбінованим покриттям лопатки турбін, при температурі 1600 0С, працюють протягом 450 годин, що в півтора рази перевищує ресурс роботи зразків тільки з боросиліцидним покриттям. Визначено, що шлікерний шар із МоSi2 підвищує ресурс роботи боросиліцидного покриття. Проведено металографічний аналіз зразків, який показав, що багатошарове шлікерне покриття є композицією на основі дисиліцида молібдена, армованою тугоплавкими оксидами. Проведений ренгенофазовий аналіз захисної поверхневого шару щлікерного покриття, котрий показав, що після високотемпературного опікання крім силіцидів молібдену містить низку таких оксидів: ZrSiO4, HfSiO4, YAlO3, Y4Al2O3. Встановлено, що органічні сполуки одно- і двокомпонентних добавок, котрі вводять у насичуючу суміш, забезпечують формування на тугоплавких металах боросиліцидного покриття з певним розміщенням боридних і силіцидних шарів і регульованої структури силіцидного шару. Отже у сукупності ці фактори сприяють підвищенню ресурсу роботи захисного дифузного покриття.

Ключові слова

двигуни, газотурбінні двигуни, дифузне покриття, боросиліцидне покриття, жаростійкість, тугоплавкі сполуки.

Повний текст:

PDF

Посилання

1. Tisov, O.V., Dukhota, O.I., Cherepova, T.S., Lytvynenko, V.F. & Miedviedieva, N.A. (2012). Prohnozuvannia vysokotemperaturnoho okysnennia zharomitsnykh splaviv systemy So-TiS [Prediction of high-temperature oxidation of heat-resistant alloys of the Co-TiS system]. Problemy tertia ta znoshuvannia – Friction and wear problems.. Issue 57, 163-169 [in Ukrainian].

2. Akrymov, V.A. Hrechaniuk, I.M., Smashniuk, Yu.O., Hrechaniuk, V.H. & Liubarenko, M.P. (2020). Promyslova tekhnolohiia nanesennia dvosharovykh plazmovykh teplozakhysnykh pokryttiv na lopatky hazovykh turbin [Industrial technology of applying two-layer plasma heat-protective coatings on gas turbine blades] . Suchasna elektrometalurhiia – Modern electrometallurgy, 4, 28-31. [in Ukrainian].

3. Cherepova, T.S. Dmytriieva, H.P., Nosenko, A.V. & Semyrha,O.M. (2014). Znosostiikyi splav dlia zakhystu kontaktnykh poverkhon robochykh lopatok aviatsiinykh dvyhuniv vid okyslennia pry vysokykh temperaturakh [Wear-resistant alloy to protect the contact surfaces of the working blades of aircraft engines from oxidation at high temperatures] . Nauka ta innovatsii – Science and innovation, Vol. 10, 4, 22–31 [in Ukrainian].

4. Nezhvedilov, A.Iu. (2011). Analiz metodiv pidvyshchennia koroziinoi stiikosti stalevykh lopatok kompresora htd Natsionalnyi aerokosmichnyi universytet im. M.E. Zhukovskoho "KhAI", Ukraina. [Analysis of methods of increasing the corrosion resistance of steel blades of the compressor gtd National Aerospace University named after M.E. Zhukovsky "HAI", Ukraine]. Aviatsiino-kosmichna tekhnika i tekhnolohiia – Aerospace engineering and technology, 6 (83), 77-80. [in Ukrainian].

5. Dziadykevych, Yu. (2008). Shliakhy pidvyshchennia zharostiikosti vyrobiv iz tuhoplavkykh metaliv vid vysokotemperaturnoho okyslennia [Ways to increase the heat resistance of products made of refractory metals from high-temperature oxidation]. Ukrainska nauka : mynule, suchasne, maibutnie : shchorichnyk – Ukrainian science: past, present, future: yearbook, Issue 13. 20-28. [in Ukrainian].

6. Sposib oderzhannia zharostiikoho pokryttia na vyrobakh iz niobiiu, tantalu ta yikh splaviv [The method of obtaining a heat-resistant coating on products made of niobium, tantalum and their alloys]. Pat. 32804 A U Ukraina, MPK (2006) C23C 10/00. / Yu. V. Dziadykevych, L. I. Kytskai (Ukraina); zaiavnyk ta patentovlasnyk Yu. V. Dziadykevych, L. I. Kytskai. – № 98042154; zaiavl. 29.04.1998; opubl. 15.02.2001, biul. № 1. [in Ukrainian].

7. Sposib formuvannia zharostiikoho pokryttia na vyrobakh iz tuhoplavkykh metaliv i splaviv [The method of forming a heat-resistant coating on products made of refractory metals and alloys]. Pat. 30770 A U Ukraina, MPK (2006) C23C 12/00. / Yu. V. Dziadykevych, L. I. Kytskai (Ukraina); zaiavnyk ta patentovlasnyk Yu. V. Dziadykevych, L. I. Kytskai. – № 98052755; zaiavl. 27.05.1998; opubl. 29.12.1999, biul. № 8. [in Ukrainian].

8. Sposib obrobky vyrobiv na osnovi karbidu kremniiu ta dysylitsydu molibdenu [The method of processing products based on silicon carbide and molybdenum disilicide]. Pat. 30240 A U Ukraina, MPK C04B 35/56 (2006.01) C04B 41/87 (2006.01) H05B 3/14 (2006.01). / Yu. V. Dziadykevych, I. Y. Bochar, R. M. Horbatiuk (Ukraina); zaiavnyk ta patentovlasnyk Yu. V. Dziadykevych, I. Y. Bochar, R. M. Horbatiuk. – № 98020580; zaiavl. 03.02.1998; opubl. 15.11.2000, biul. № 6. [in Ukrainian].

9. Sklad sumishi dlia boruvannia vyrobiv iz karbidu kremniiu ta dysylitsydu molibdenu [The composition of the mixture for boronizing products made of silicon carbide and molybdenum disilicide]. Pat. 30237 A U Ukraina, MPK C23C 10/30 (2006.01) C23C 10/48 (2006.01) C23C 10/56 (2006.01). / Yu. V. Dziadykevych, I. Y. Bochar, R. M. Horbatiuk (Ukraina); zaiavnyk ta patentovlasnyk Yu. V. Dziadykevych, I. Y. Bochar, R. M. Horbatiuk. – № 98020577; zaiavl. 03.02.1998; opubl. 15.11.2000, biul. № 6. [in Ukrainian].

10. Sposib pidvyshchennia plastychnosti molibdenu i volframu ta yikh splaviv [The method of increasing the plasticity of molybdenum and tungsten and their alloys] . Pat. 3663 U Ukraina, MPK C22F 1/18 (2006.01). / Yu. V. Dziadykevych (Ukraina); zaiavnyk ta patentovlasnyk Ternopilska akademiia narodnoho hospodarstva. – № 2004020747; zaiavl. 03.02.2004; opubl. 15.12.2004, biul. № 12.

11. Korbak S.I., Rozum R.I. (2021). Dvyhuny: mynule i sohodennia [Trends and challenges of modern agricultural science: theory and practice]. Tendentsii i vyklyky suchasnoi ahrarnoi nauky: teoriia i praktyka: III Mizhnarodna nauk. konf. (m. Kyiv, 20-22 zhovtnia 2021 r.) – III International Scientific Conference (p. 312.). Kyiv: NUBiP [in Ukrainian].

12. Rozum, R.I., Buriak, M. V. & Zakharchuk, O. P. (2021). Innovative engines in the history of automobile building. Modern engineering and innovative technologies. Sergeieva&Co Karlsruhe (Germany) . Issue 18, Part 2, P. 64 – 67 [in English].

13. Rozum, R.I., Shevchuk, O. S. & Prohnii, P. B. (2022). Optimization of working processes of internal combustion engines with the purpose of improving their environmentality. Modern engineering and innovative technologies. Sergeieva&Co Karlsruhe (Germany), Issue 19, Part 1, P. 147-150 [in English].

14. Falovych, N.M., Veres, M.V., Rozum, R.I. et al. (2022). Ohliad obladnannia dlia diahnostyky ta remontu dvyhuniv vnutrishnoho zghorannia [Overview of equipment for diagnostics and repair of internal combustion engines]. Naukovi zapysky Tavriiskoho natsionalnoho universytetu imeni V.I.Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky – Scientific notes of V.I. Vernadsky Tavri National University. Series: Technical sciences, 33 (72), № 5, 325-329. [in Ukrainian].

15. Rozum, R., Buriak, M., Popovych, P., Prohnii, P. & Zakharchuk, O. (2022). Metodolohiia diahnostuvannia avtomobilnykh dyzelnykh dvyhuniv [Methodology for diagnosing automotive diesel engines]. Suchasni tekhnolohii v mashynobuduvanni ta transporti – Modern technologies in mechanical engineering and transport, 1(18), 138-142. [in Ukrainian].

Пристатейна бібліографія ГОСТ

  1. Прогнозування високотемпературного окиснення жароміцних сплавів системи Со-ТіС / О. В. Тісов та ін. . Проблеми тертя та зношування. 2012. Вип. 57. С. 163-169.
  2. Промислова технологія нанесення двошарових плазмових теплозахисних покриттів на лопатки газових турбін / В.А. Акримов та ін. Сучасна електрометалургія. 2020. № 4. С.28-31.
  3. Зносостійкий сплав для захисту контактних поверхонь робочих лопаток авіаційних двигунів від окислення при високих температурах / Т.С. Черепова, Г.П. Дмитрієва, А.В. Носенко, О.М. Семирга . Наука та інновації. 2014. Т. 10, № 4. С. 22—31
  4. Нежведілов А.Ю. Аналіз методів підвищення корозійної стійкості сталевих лопаток компресора гтд Національний аерокосмічний університет ім. М.Е. Жуковського "ХАІ", Україна. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2011. № 6 (83) . С.77-80.
  5. Дзядикевич, Ю. Шляхи підвищення жаростійкості виробів із тугоплавких металів від високотемпературного окислення . Українська наука : минуле, сучасне, майбутнє : щорічник. 2008. Вип. 13. С. 20-28.
  6. Спосіб одержання жаростійкого покриття на виробах із ніобію, танталу та їх сплавів : пат. 32804 A U Україна, МПК (2006) C23C 10/00. / Ю. В. Дзядикевич, Л. І. Кицкай (Україна); заявник та патентовласник Ю. В. Дзядикевич, Л. І. Кицкай. – № 98042154; заявл. 29.04.1998; опубл. 15.02.2001, бюл. № 1.
  7. Спосіб формування жаростійкого покриття на виробах із тугоплавких металів і сплавів : пат. 30770 A U Україна, МПК (2006) C23C 12/00. / Ю. В. Дзядикевич, Л. І. Кицкай (Україна); заявник та патентовласник Ю. В. Дзядикевич, Л. І. Кицкай. – № 98052755; заявл. 27.05.1998; опубл. 29.12.1999, бюл. № 8.
  8. Спосіб обробки виробів на основі карбіду кремнію та дисиліциду молібдену : пат. 30240 A U Україна, МПК C04B 35/56 (2006.01) C04B 41/87 (2006.01) H05B 3/14 (2006.01). / Ю. В. Дзядикевич, І. Й. Бочар, Р. М. Горбатюк (Україна); заявник та патентовласник Ю. В. Дзядикевич, І. Й. Бочар, Р. М. Горбатюк. – № 98020580; заявл. 03.02.1998; опубл. 15.11.2000, бюл. № 6.
  9. Склад суміші для борування виробів із карбіду кремнію та дисиліциду молібдену : пат. 30237 A U Україна, МПК C23C 10/30 (2006.01) C23C 10/48 (2006.01) C23C 10/56 (2006.01). / Ю. В. Дзядикевич, І. Й. Бочар, Р. М. Горбатюк (Україна); заявник та патентовласник Ю. В. Дзядикевич, І. Й. Бочар, Р. М. Горбатюк. – № 98020577; заявл. 03.02.1998; опубл. 15.11.2000, бюл. № 6.
  10. Спосіб підвищення пластичності молібдену і вольфраму та їх сплавів : пат. 3663 U Україна, МПК C22F 1/18 (2006.01). / Ю. В. Дзядикевич (Україна); заявник та патентовласник Тернопільська академія народного господарства. – № 2004020747; заявл. 03.02.2004; опубл. 15.12.2004, бюл. № 12.
  11. Корбак С.І., Розум Р.І. Двигуни: минуле і сьогодення. Тенденції і виклики сучасної аграрної науки: теорія і практика: зб. матеріалів IIІ Міжнародної наук. конф. (м. Київ, 20-22 жовтня 2021 р.). Київ: НУБіП, 2021. С. 312.
  12. Rozum R.I., Buriak M. V., Zakharchuk O. P. Innovative engines in the history of automobile building. Modern engineering and innovative technologies. Sergeieva&Co Karlsruhe (Germany) 2021. Issue 18. Part 2. P. 64 – 67.
  13. Rozum R.I., Shevchuk O. S., Prohnii P. B. Optimization of working processes of internal combustion engines with the purpose of improving their environmentality. Modern engineering and innovative technologies. Sergeieva&Co Karlsruhe (Germany) . 2022. Issue 19. Part 1. P. 147-150.
  14. Фалович Н.М., Верес М.В., Розум Р.І. та інші. Огляд обладнання для діагностики та ремонту двигунів внутрішнього згорання. Наукові записки Таврійського національного університету імені В.І.Вернадського. Серія: Технічні науки. 2022. 33 (72). № 5. С.325-329.
  15. Методологія діагностування автомобільних дизельних двигунів. / Р. Розум та ін. Сучасні технології в машинобудуванні та транспорті. 2022. 1(18). С. 138-142.

Copyright (c) 2023 Ю.В. Дзядикевич, О.Б. Сван, О.П. Захарчук, П.В. Попович, Р.І. Розум, М.В. Буряк