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

Protection of Vehicle Engine Elements Against Oxidation: Technological Aspect

Yuriy Dzyadykevych, Olga Swan, Olena Zakharchuk, Pavlo Popovich, Ruslan Rozum, Mukola Buryak

About the Authors

Yuriy Dzyadykevych, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: yu.dziadykevych@wunu.edu.ua, ORCID ID: 0000-0002-3737-9347

Olga Swan, Associate Professor, PhD in Medikals (Candidate of Medical Sciences), Ternopil National Medical University named after I.Ya. Gorbachevskii, Ternopil, Ukraine, e-mail: svan@tdmu.edu.ua

Olena Zakharchuk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: olenaskyba8500@gmail.com

Pavlo Popovich, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: ppopovich@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-5516-852X

Ruslan Rozum, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: rozoom_ruslan@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-7812-8248

Mukola Buryak, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: burjak74@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-5332-1498

Abstract

Multi-component composite coatings based on refractory compounds with a low speed of diffuse interaction, are concerned in the article in order to increase the service life. A study was conducted to increase the heat resistance of working blades, in which a diffusion borosilicide coating was formed on their surface; on the surface of coating a layer of molybdenum disilicide with a thickness of 120 μm was applied using the slip method. Experiments showed that when the thickness (over 120 microns) of the layer of disilicide suspension was increased, its detachment from the borosilicate surface of the working blade was observed. It was found that the thickness of the MoSi2 layer should not exceed 120 microns. Based on the results of the test of borosilicinated blades with a layer of MoSi2, the combined coating at a temperature of 1,6000C works for 450 hours, which is one and a half times longer than the service life of samples with only a borosilicide coating. The slip layer made of MoSi2 is found to increase the service life of the borosilicide coating. A metallographic analysis of the samples was carried out, which proved that the multi-layered coating is a composition based on molybdenum disilicide, reinforced with refractory oxides. An X-ray phase analysis of the protective surface layer of the slip coating was carried out, which showed that after high-temperature treatment, in addition to molybdenum silicides, it contains a number of the following oxides: Zr SiO4, HfSiO4, YAlO3, Y4Al2 O 3. According to the study, organic compounds of one- and two-component additives, introduced into the saturating mixture, ensure the formation of a borosilicide coating on refractory metals with a certain arrangement of boride and silicide layers and an adjustable structure of the silicide layer. Therefore, in aggregate, these factors contribute to increasing the service life of the protective diffuse coating.

Keywords

engines, gas turbine engines, diffuse coating, borosilicide coating, heat resistance, refractory compounds

Full Text:

PDF

References

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].

Citations

  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 Yuriy Dzyadykevych, Olga Swan, Olena Zakharchuk, Pavlo Popovich, Ruslan Rozum, Mukola Buryak