Разработка технологии модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток ТВД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями с применением сильноточных импульсных электронных пучков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Крайников, Александр Вячеславович

• Крайников, Александр Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крайников, Александр Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ (литературный обзор).

1. 1. Теоретические основы взаимодействия импульсных электронных пучков с поверхностью металлических деталей.

1. 2. Влияние облучения на химический состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев металлических деталей.

1.3. Влияние облучения на эксплуатационные свойства деталей машин.

1.4. Технологии изготовления и ремонта лопаток ТВД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБЛУЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ

ПОВЕРХНОСТИ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ТВД.

2. 1. Материалы, образцы и детали для исследования.

2. 2. Оборудование для исследования.

2. 3. Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения.

2. 4. Методики исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней.

2. 5. Методики определения эксплуатационных свойств лопаток турбины.

3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ

НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ЖАРОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ.

3.1. Исследование влияния режимов облучения на перераспределение элементов и изменений фазового состава в поверхностных слоях лопаток.

3. 2. Выбор оптимальных режимов облучения.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ

ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК.

4. 1. Структурные изменения в поверхностных слоях образцов.

4. 2. Структурные изменения в поверхностных слоях деталей из сплавов ЖС6У и ЖС26НК.

4. 3. Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных исследований.•.

5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ТВД.

5. 1. Усталостная прочность.

5.2. Жаростойкость.

5.3. Адгезия вакуумно-дугового покрытия СДП2 на лопатках ТВД.

5.4. Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии.

5. 5. Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток

6. МАХ-МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯ.

6.1. Получение, свойства и перспективы использования МАХ-материалов.

6.2. Получение компактных МАХ-материалов системы ТьБьВ методом СВСсинтеза.

6.2. Получение и свойства жаростойких покрытий на основе МАХ-материалов системы

П-БьВ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток ТВД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями с применением сильноточных импульсных электронных пучков»

Актуальность проблемы.

Повышение уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов проточной части турбины ГТД, изготавливаемых из жаропрочных материалов, является наиболее важной задачей авиационного двигателестроения [1]. Решение этой задачи осуществляется с использованием нескольких подходов: разработка перспективных поликристаллических и монокристаллических сплавов; модернизация способов изготовления, формования и обработки изделий и заготовок; развитие новых методов поверхностной обработки деталей и нанесения на их поверхность различных защитных покрытий, в том числе покрытий из наноматериалов [1]. Разработка новых жаропрочных материалов, обеспечивающих современным требованиям конструкторов авиационных двигателей к наиболее нагруженным деталям, прежде всего к лопаткам и дискам проточной части турбины, является важнейшей задачей авиационного материаловедения. Для успешного решения этой задачи в течение 5-7 последних лет во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) был создан задел в области разработки материалов для ГТД пятого и шестого поколения [2]. Здесь уместно отметить некорректность упоминания о двигателе пятого поколения, поскольку этот термин возник в приложении к созданию самолета (правильнее, истребителя), причем не предполагалось кардинального изменения ни конструкции, ни технологии производства двигателя [3]. Другое дело истребитель шестого поколения, для которого сформулированы качественно отличные требования к двигателю, а именно: снижение веса изделия при повышении рабочей температуры, прочностных и коррозионных характеристик его основных компонентов. В этой связи ВИАМом предлагается ряд никелевых сплавов с содержанием рения до 9 масс. %, а также материалы на основе интерметаллидов >11зА1, ТлзЛ1 и Т1А1, причем делается заключение о рекордных характеристиках длительной прочности этих материалов и высокой перспективности их применения, что связано с «разработанной технологией выплавки этих сплавов, обеспечивающей», как указано в [1], «ультравысокую чистоту по вредным примесям и газам, комплексное рафинирование редкоземельными металлами, обеспечение узких пределов химического состава». Даже не обращая внимания на неправомочность использования таких терминов как «ультравысокая чистота» (хорошо известно, что содержание примесей в высокочистых металлах не должно превышать Ю^-Ю"5 масс.%, а 7 содержание основных лимитируемых примесей должно находиться на уровне 10" -10" 4 масс.%, что конечно же не достигается при реализации разработанной в ВИАМе технологии высокоградиентной кристаллизации) и «рафинирование редкоземельными металлами» (термин рафинирование относится к очистке, а не к легированию), можно констатировать, что предлагаемые в [3] материалы не удовлетворяют требованиям авиадвигателестроения ни по эксплуатационным свойствам, ни по стоимости, ни по удельной массе. Последнее позволяет сделать вывод о необходимости создания принципиально новых материалов для авиационного двигателестроения в кратчайшие сроки.

Еще одной из актуальных задач авиационного двигателестроения является развитие наиболее прогрессивных методов инженерии поверхности деталей, изготовленных из жаропрочных сплавов, особенно из жаропрочных никелевых сплавов типа ЖСбУ, ЖС26НК и ЖС32ВИ. Среди таких методов можно выделить, прежде всего, нанесение гальванических покрытий, химико-термическую обработку (альфирование, азотирование, гидрирование и др.), детонационное упрочнение, плазменное нанесение покрытий, вакуумно-плазменную технологию высоких энергий, электроискровой метод, анодирование, гидродробеструйную обработку, лазерную обработку, виброгалтовку, ультразвуковое упрочнение, микродуговое оксидирование и др. Обработка поверхности деталей из никелевых сплавов пучками заряженных частиц (ионная имплантация, обработка мощными ионными пучками, обработка сильноточными импульсными электронными пучками) занимает особое место. Это обусловлено возможностью модифицировать поверхностные слои без изменения физико-химического состояния материалов в объеме детали, причем методика модификации материала в поверхностных слоях толщиной от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров происходит в результате взаимодействия высокоэнергетических ионов и электронов с мишенью на уровне элементарных частиц, что позволяет конструировать уникальное состояние материала на нанометровом уровне. Кроме того, обработка поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов пучками заряженных частиц позволяет решить многие проблемы, связанные с «технологической наследственностью» при реализации различных операций технологического процесса изготовления этих деталей, что особо подчеркивается в публикациях, одного из ведущих специалистов ЦИАМ, ПетуховаА.Н. [4].

Эффективность использования ионной имплантации и обработки мощными ионными импульсными пучками уже была доказана результатами работ [5-12] для деталей авиационной техники из сталей и жаропрочных титановых сплавов, а облучение сильноточными импульсными электронными пучками (СИЭП) - для лопаток компрессора КВД из жаропрочных сталей ферритного и аустенитного классов ЭП866ш и ЭП718ИД, работами А.Г. Пайкина [13-16], и для лопаток компрессора КВД из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 - публикациями А.Б. Белова [17-19]. В то же время исследований, направленных на модификацию свойств деталей из жаропрочных никелевых сплавов с помощью СИЭП, до сих пор практически проведено не было, за исключением работ Ю.Д. Ягодкина [20-22], выполненных на модельных образцах из сплавов ЖС6У и ЖС26НК, подвергнутых облучению на ускорителе ИСЭ (Институт Сильноточной Электроники СО РАН, г. Томск) низкоэнергетическим электронным пучком (Е=10-30 кэВ) [23]. В этих публикациях приведены данные о возможности, посредством обработки поверхности мишеней из жаропрочных никелевых сплавов СИЭП, повышения таких эксплуатационных свойств, как жаростойкость и усталостная прочность в результате плавления и высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностных слоев толщиной несколько микрометров. Однако, были выявлены и негативные последствия обработки СИЭП: формирование поверхностных микродефектов, имеющих форму кратеров и являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении.

К недостаткам обработки СИЭП, по данным работ [17-22], можно отнести неоднородность фиксируемого физико-химического состояния материала в различных макроточках облученной части мишени, что связано с аппаратурными характеристиками, заложенными при проектировании и создании ускорителей ИСЭ. Относительно низкие однородность распределения энергии по сечению пучка и воспроизводимость величин средних плотностей энергии от импульса к импульсу, а также достаточно широкий спектр энергий электронов в пучке, наряду с неоднородностью физико-химического состояния материала поверхностных слоев исходных мишеней, приводило к формированию кратеров [20-22]. Кроме того, толщины модифицированных поверхностных слоев деталей из жаропрочных титановых сплавов после облучения СИЭП на ускорителе ИСЭ не превышают нескольких микрометров, что является недостаточным для лопаток ТВД с 50-микронным жаростойким покрытием. Большой научный интерес и практическую значимость представляют ускорители СИЭП, разработанные в НИИЭФА имени Д.В. Ефремова (г. Санкт-Петербург), «GESA-1» и «GESA-2» [23-25], которые характеризуются высокими однородностью распределения плотности энергии по сечению пучка (до 10 %) и воспроизводимостью величин средних плотностей энергии от импульса к импульсу. Толщины модифицированных поверхностных слоев при использовании ускорителей «GESA-1» и «GESA-2» достигают 20-30 мкм, что было показано в работах А.Г. Пайкина и А.Б. Белова для лопаток из сталей и титановых сплавов.

В этой связи целью настоящей диссертации являлась разработка основ технологических процессов электронно-лучевой модификации поверхности и ремонта лопаток турбины ГТД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями, внедрение разработанных технологических процессов в серийное производство, а также выбор наиболее перспективных материалов, которые могут стать базовыми при проектировании двигателей для истребителей 6-го поколения.

Таким образом, актуальность данной работы в научном плане определяется необходимостью создания новых жаропрочных материалов с низкой удельной массой, способных эксплуатироваться длительное время при высоких температурах (1400-1500 °С) и высоких постоянных и знакопеременных нагрузках, а также получения экспериментальных результатов о влиянии режимов облучения сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние поверхности и рабочие характеристики деталей из жаропрочных никелевых сплавов, эксплуатируемых в составе ГТД, а с практической точки зрения - возможностью, уже в ближайшем будущем, внедрить некоторые электронно-лучевые техпроцессы в серийное производство.

Для достижения этой цели было необходимо решить ряд задач методического и практического плана: (1) разработка методики исследования физико-химического состояния поверхностных слоев лопаток из жаропрочных никелевых сплавов, основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ, (РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) разработка методики выбора режимов облучения СИЭП по результатам расчетов температурных полей и полей напряжений в поверхностных слоях мишеней в зависимости от времени и по результатам термодинамического и газодинамического анализа процессов, протекающих в поверхностном слое при таком воздействии на поверхность деталей из никелевых сплавов; (3) оценка оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК; (4) определение кинетики абляции материала с поверхности облучаемых СИЭП лопаток с жаростойким вакуумно-плазменным покрытием СДП-2 (№СгА1У); (5) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием в составе двигателя РДЗЗ; (б) обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (7) создание технологических карт процессов электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток турбины из сплава ЖС26НК; (8) составление технического задания на проектирование и разработка технической документации для изготовления электронных ускорителей для серийного производства; (9) анализ и обобщение литературных данных о наиболее перспективных жаропрочных материалах на основе МАХ-фаз; (10) проведение экспериментальных исследований, направленных на получение и определение свойств объемных заготовок для изготовления лопаток и покрытий на основе МАХ-фаз системы N1-81-8. Научная новизна работы.

Достижение сформулированной цели, в соответствии с общим планом исследований, практически полностью отражает научную новизну полученных в диссертации данных. Впервые не только доказана высокая эффективность использования сильноточных электронных пучков с энергией 100-120 кэВ для модификации свойств и ремонта лопаток турбины из жаропрочных никелевых сплавов, но и разработаны технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта этих деталей двигателя РДЗЗ.

Кроме того, впервые были получены экспериментальные результаты влияния режимов облучения СИЭП на физико-химическое состояние материала поверхностных слоев и свойства компонентов двигателя, изготовленных из никелевых сплавов, что позволяет получить уникальные данные для моделирования процессов, протекающих в твердом теле при экстремально высоких скоростях нагрева и охлаждения.

Эта часть работы является одной из важнейших составляющих проблемы создания высокоинтенсивных технологий электронно-лучевой импульсной обработки деталей широкой номенклатуры.

Разработанные технологии электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток КВД из никелевых сплавов не имеют аналогов в авиационном двигателестроении и составляют основу для создания перспективных технологий изготовления двигателей для истребителей новых поколений.

На защиту выносятся:

1. Методика выбора оптимальных режимов, позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения электронным пучком (при микросекундной длительности импульса, т>10 \хс, и высоких энергиях, Е>100 кэВ), когда достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз в поверхностных слоях деталей из жаропрочных никелевых сплавов, на основании основных положений химической термодинамики и гидродинамики.

2. Методика определения физико-химического состояния материала в приповерхностных областях жаростойких покрытий на лопатках турбины, а также рабочих характеристик лопаток, подвергнутых различным методам поверхностной обработки.

3. Результаты исследования влияния режимов электронно-лучевой обработки на ускорителях "ОЕ8А-2" и "СЕБА-Г' (энергия электронов Е=115-150 кэВ; длительность импульса т=15-40 цс; плотность энергии в импульсе \У=15-90 Дж/см2; число импульсов п=1-10 имп) на физико-химическое состояние материала в приповерхностных областях лопаток из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК (химический состав, фазовый состав, структурные характеристики, остаточные напряжения и шероховатость поверхности).

4. Данные о влиянии режимов электронно-лучевой и термической обработок на эксплуатационные свойства модельных образцов и лопаток из жаропрочных никелевых сплавов.

5. Особенности методики длительных натурных испытаний облученных лопаток из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2 в составе технологического изделия (РДЗЗ).

6. Результаты исследования физико-химического состояния материала в поверхностных слоях облученных лопаток из сплава ЖС26НК, подготовленных к испытаниям на технологическом изделии.

7. Электронно-лучевые технологии обработки и ремонта лопаток турбины ГТД РДЗЗ, изготовленных из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2.

8. Результаты исследования, полученных методом СВС-синтеза, заготовок на основе МАХ-фаз системы титан-кремний-бор.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследования.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации, обеспечивающие разработку и внедрение новых технологических процессов модификации поверхности и ремонта деталей широкой номенклатуры из жаропрочных никелевых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков.

Разработаны экологически чистые опытно-промышленные технологии электроннолучевой обработки и ремонта лопаток турбины из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК, позволяющие заменить некоторые виды высокоточной механической и химической обработок, существенно повысить ресурс и надежность эксплуатации этих деталей в составе двигателя РДЗЗ.

По результатам длительных натурных испытаний на технологическом изделии, будет принято решение о возможной корректировке оптимальных режимов электроннолучевой и финишной термической обработок и реализации внедрения электроннолучевых технологий в серийное производство (ММП им. В. В. Чернышева) после оснащения технологического участка ускорителями "ГЕЗА-ММП" для реализации процесса облучения.

Методика исследования физико-химического состояния поверхностных слоев жаропрочных никелевых сплавов использовалась в ряде организаций Российской Федерации (ИСЭ СО РАН, НИИЯФ г. Томск, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова и др.).

Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась при реализации программы исследований по проекту МНТЦ в 2005 и 2007 гг. (проект №97598.2), по проекту №2.1.2-8700 «Разработка основ технологических процессов нанесения коррозионно-эрозионно-стойких макс-покрытий на поверхность деталей из титановых сплавов с помощью сильноточных импульсных ионных и электронных пучков» аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы) на 2006-2007 г,г.

Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов.

Личный вклад автора

Автор разработал: технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток турбины из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2; модель выбора оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток ГТД на основе построения профилей температурных полей и полей напряжений, а также определения остаточных напряжений; методику проведения длительных испытаний облученных лопаток турбины ГТД РДЗЗ. Автор научно обосновал эффект перераспределения легирующих элементов в поверхностных слоях покрытий на лопатках из жаропрочных никелевых сплавов при их облучении сильноточным импульсным пучком. Все натурные испытания серийных и облученных лопаток, а также методика их последующих исследований на ММП им. В.В. Чернышева были спланированы и выполнены непосредственно автором диссертации. Непосредственно по инициативе автора были начаты и спланированы работы по получению и определению свойств МАХ-материалов. Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: Международная конференция «Титан в СНГ» в 2006 г. (г. Суздаль), 8-я и 9-я Международные конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в 2006 и 2008 гг. (г. Томск, Россия), 13-й Международный Симпозиум имени А.Г. Горшкова «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» в 2007 г. (г. Ярополец Московской области), 7-я Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом» в 2007 г. (г. Минск, Беларусь), 15-th International Conference on Surface modification of materials by ion beams (Mumbai,India) в 2007 г. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Крайников, Александр Вячеславович

выводы

1. Экспериментально показано, что с помощью облучения сильноточным импульсным электронным пучком микросекундной длительности удается модифицировать 20-25-микронные поверхностные слои лопаток из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями СДП-2. Установлено, что при облучении в поверхностных слоях лопаток, в зависимости от величины плотности энергии в импульсе, протекают процессы: плавления, перераспределения элементов, кратерообразования, абляции, высокоскоростной кристаллизации из расплава, изменения фазового состава и микроструктуры, формирования остаточных сжимающих напряжений и др.

2. Изучено влияние режимов электронно-лучевой и финишной термической обработок на эксплуатационные свойства лопаток из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2. Показано, что, используя обработку сильноточным импульсным электронным пучком на ускорителе «GESA-1» при энергии электронов 115-120 кэВ и плотности энергии 42-45 Дж/см , удается повысить следующие характеристики лопаток: предел выносливости - на 10 %; жаростойкость - более чем в 3 раза.

3. Показано, что сильноточный импульсный электронный пучок микросекундной длительности является высокоэффективным инструментом для контроля адгезии покрытий к подложке и для ремонта лопаток турбины из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями. Применение СИЭП позволяет удалять за один импульс поврежденные при эксплуатации поверхностные слои толщиной от 5 мкм до 10 мкм за импульс при плотности энергии 50-55 Дж/см2.

4. Экспериментально доказано, что после электронно-лучевого удаления с поверхности лопаток 1-й ступени ТВД РДЗЗ поврежденного во время эксплуатации покрытия СДП-2 основные свойства лопаток ухудшаются (возрастает шероховатость поверхности, снижается предел выносливости, формируются остаточные растягивающие напряжения). Для достижения уровня эксплуатационных свойств исходных лопаток, необходимо осуществлять технологический процесс ремонта лопаток в несколько операций: 005 - удаление покрытия; 010 - выглаживание микрорельефа; 015 - контроль состояния поверхности; 020 - финишная термообработка для снятия остаточных растягивающих напряжений; 025 - нанесение нового покрытия.

5. На основании результатов усталостных и коррозионных испытаний, а также исследований физико-химического состояния поверхностных слоев серийных и модифицированных электронным пучком лопаток, был разработан технологический

131 процесс электронно-лучевой обработки лопаток 1-й ступени ротора ТВ Д. Принято решение о внедрении разработанной технологии в серийное производство ГТД (двигатели РДЗЗ и РД1700) на ММП им. В. В. Чернышева, после завершения длительных натурных испытаний на технологическом изделии, дополнительных усталостных испытаний и оснащения технологического участка серийным оборудованием для облучения лопаток (ускорители «ГЕЗА-ММП»).

6. В результате критического анализа литературных данных, комплексных исследований физико-химического состояния поверхностных слоев изготовленных образцов-свидетелей и лопаток турбины газотурбинных двигателей РДЗЗ и РД1700 из жаропрочных никелевых сплавов (ЖС6У и ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2) и экспериментов по получению покрытий на основе МАХ-фаз было установлено, что наиболее перспективным материалом для жаростойкого покрытия на лопатках из никелевых сплавов является МАХ-покрытия на основе Т1з81Вг, причем в качестве метода нанесения выбрано осаждение в тлеющем разряде. Впервые осаждением в тлеющем разряде с последующим облучением сильноточным импульсным электронным пучком в режиме термообработки получены жаростойкие покрытия на основе системы «титан-кремний-бор» толщиной 30 мкм. В качестве метода подготовки к нанесению МАХ-покрытий рекомендовано использовать обработку сильноточным импульсным электронным пучком.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крайников, Александр Вячеславович, 2008 год

1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) // М.: МИСиС, 2001. 632 с.

2. Щербаков А. К вопросу об истребителе пятого поколения //ж.Крылья Родины,2. 2006. с. 6-8.

3. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.

4. Львов А.Ф., Шулов В.А., Ночовная Н.А., Ремнев Г.Е. Влияние кратерообразования на усталостную прочность и коррозионную стойкость жаропрочных материалов облученных мощным ионным пучком // ж. ФиХОМ, 2001. №4. - с . 40-45.

5. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольнов, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995. -№1-2. с. 30-34.

6. Remnev G. E. and Shulov V. A. Application of high power ion beams for technology // Laser and Particle Beams, 1993. v. 11, N4. p. 707-731.

7. High-power ion beam treatment application for properties modification of refractory alloys // V. A. Shulov etc. // Surface and Coatings Technology. 1997. №99. p. 74-81.

8. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В. А. Энгелько // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

9. Пайкин А.Г. Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МАИ, 2003. 103 с.

10. Белов А.Б. Разработка технологии модификации поверхности лопаток КВД из а+(3-титановых сплавов с примененим сильноточных импульсных электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МАИ, 2006. 138 с.

11. Ягодкин Ю. Д. , Пастухов К. М. , Сулима А. М. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов // Фи ХОМ, 1995. №5. с. 111-119.

12. Ягодкин Ю.Д. Разработка технологических основ процессов обработки деталей ГТД с применением ионных и электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. д.т.н., МАИ, 1995. 248 с.

13. Озур Г. Е. , Проскуровский Д. И. Формирование субмикросекундных низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным катодом // Письма в ЖТФ, 1988. т. 14, №5. с. 413-416.

14. Pulsed electron beam facility GESA for surface treatment of materials / G. Mueller, G. Schumacher, D. Strauss etc. // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-96", Prague, 1996. v. 1 p. 267-271.

15. Engelko V., Yatsenko В., Mueller G., Bluhm H. GESA-1 and GESA-2 accelerators of intense pulsed electron beams // J. Vacuum, 2001, v. 62, p. 211-214.

16. Стародубцев С. В. , Романов A. M. Прохождение заряженных частиц через вещество. Ташкент: АН Уз. ССР, 1962. 227 с.

17. Каганов М. И. , Лифшиц И. М. , Танатаров Л. В. Релаксация между электронами и решеткой // ЖЭТФ, 1956. т. 31, №2. с. 232-237.

18. Матвеев А. Н. Атомная физика. М. : Высшая школа. 1989. 440 с.

19. Шиллер 3. , Гайзич У. , Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М. : Энергия, 1980. 528 с.

20. Инжекционная газовая электроника. / Бычков Ю. И., Королев Ю. Д., Месяц Г. А. и др. // Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.

21. Аброян И. А. , Андронов А. К. , Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М. : Высшая школа, 1984. 320 с.

22. Бронштейн И. М. , Фрайман В. С. Вторичная электронная эмиссия. М. : Наука, 1969. 407 с.

23. Слэтер Дж. Действие излучения на материалы // УФН, 1952. т. 47, №1. с. 51-94.

24. Д. Беспалов В. И. Расчеты методом Монте-Карло характеристик полей электронов и квантов в однородных и неоднородных поглотителях // Депн. ВИНИТИ, 1980. №3707-80. 62 с.

25. Ковальский Г. А. Эмиссионная электроника. М. : Наука, 1977, 112 с.

26. Бугаев С. П. , Крейндель Ю. Е. , Щанин П. М. Электронные пучки большого сечения. М. : Энергоатомиздат, 1984. 112 с.

27. Перспективные технологии поверхностной обработки при изготовлении и ремонте лопаток ГТД / А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов // ж. Двигатель, 2004, №2(32), с. 18-19.

28. А.Б. Белов, А.Г. Пайкин, A.C. Новиков, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, В.И. Энгелько Способ восстановления эксплуатационных свойств деталей машин. Патент на изобретение №2281194 от 10 августа 2006 г. RU 2281194 С1. 3 с.

29. Sunderarajan G. and Shewmon P. A new model for the erosion of metals at normal incidence // J. Wear, v. 84. 1983. p. 237-244.

30. Урбанович М.И., Крамченков E.M., Чуносов Ю.Н. Газоабразивная эрозия металлов и сплавов // Трение и износ, т. 15, №3. с. 389-392.

31. Милосердов И. В. , Птишков В. Ф. , Подколзин В. Г. Проблемы и пути развития и внедрения в отрасли новых технологий получения упрочняющих покрытий // Доклады координационного совета НИАТ, 1990. с. 17-19.

32. Масленков С.Б., Масленкова Е.А. Стали и сплавы для высоких температур. Справочник в 2-х томах. М.: Металлургия, 1991. 831 с.

33. Nicholls, Advances in coating design for high performance gas turbines, MRS Bulletin, 28 (2003) p. 659-570.

34. Kaischew R. On the history of the creation of the molecular-kinetic theory of crystal growth//J. Crystal Growth, 1983. v. 51. p. 643-649.

35. Крапивка H.A. Получение высокочистых монокристаллов хрома осаждением из газовой фазы // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МИФИ, 1980. 127 с.

36. Шалин P.E., Светлов И.Л., Качанов Е.Б. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение. 1997. 336 с.

37. Каблов E.H., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение. 1998. 464 с.

38. Голубовский Е.Р., Светлов И.Л. Температурно-временная зависимость анизотропии длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Проблемы прочности, 2002. №2. с. 5-19.

39. Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Ивашнева В.И. Жаростойкие неорганические покрытия. Л.: Наука. 1990. с. 173-176.

40. Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Иванов И.А. Получение покрытий NiCrAlY вакуумно-дуговым методом // ЭОМ. 1989. №6. с. 13-16.

41. Мубояджан А. А. , Помелов Я. А. , Будиновский С. А. Авиационная техника и наука. Авиационные материалы. Жаростойкие покрытия для лопаток газовых турбин. М.: ВИАМ ОНТИ, 1988. с. 95-99.

42. Мубояджан А. А. , Помелов Я. А. , Будиновский С. А. Обработка поверхности жаропрочных сплавов в плазме вакуумного дугового разряда // Материалы 6-ой

43. Международной конференции по модификации материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками. Томск, 23-28 сентября 2002, с. 561-563.

44. Каблов Е.Н., Мубояджан А. А. Перспективы применения в двигателестроении ионной технологии // Авиационная промышленность. 1992. №9. с. 9-12.

45. Сулима A.M., Носков А.А., Серебренников Г.З. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1996. 480 с.

46. Ягодкин Ю. Д. Ионно-лучевая обработка металлов и сплавов. М.: ВИНИТИ, 1989. т. 5. с. 5-86.

47. Кинетика испарения и абляции при облучении мощными ионными пучками изделий из жаропрочных сплавов с защитными покрытиями / В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, Г.Е. Ремнев, А.Ф. Львов // ж. ФиХОМ, 2003. №1. с. 22-27.

48. Захаров М.В., Захаров A.M. Жаропрочные сплавы. М.: Металлургия, 1969. 245 с.

49. Бриггс Д., Сих M. П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М. : МИР, 1987. 598 с.

50. Горелик В. А., Протопопов О. Д. Количественная Оже-спектроскопия // Обзоры по электронной технике. Серия 7. М.: ЦНИИ Электроника, 1978. в. 18. с. 1-50.

51. Furman Е. Composition analysis of some metal alloys using auger electron spectroscopy // J. Material Science, 1982. v. 17. - p. 575-579.

52. Шулепов И.А. Разработка и применение комплекса атомно- и ядерно-физических методов для исследования модифицированных слоев материалов / Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к.ф-м.н., Томск. ТПУ: 2004. 20 с.

53. Ягодкин Ю.Д. Рентгенографическое исследование структуры поверхностного слоя материалов методом скользящего отраженного пучка // Заводская лаборатория, 1989. т. 55, №2. с. 72-73.

54. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.

55. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов AJI., Расторгуев JI.H. М.: Металлургия, 1982. 631 с.

56. Perlovich Yu., Bunge HJ., Isaenkova M. Inhomogeneous distribution of residual deformation effects in textured BCC metals. Textures and Microstructures. 1997. v. 29. p. 241-266.

57. Исследование коррозионных процессов методом фото-стимулированной экзоэмиссии / В.А. Шулов, В.В. Шорин, A.M. Сулима и др.// Тезисы докладов 20-й Всес. конф. по эмиссионной электронике . Киев: ИФ АН УССР. 1987. с. 208-209.

58. Методы исследования состояния поверхностного слоя деталей двигателей летательных аппаратов \ Ю.Д. Ягодкин, М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов // Учебное пособие. М.: МАИ, 1987. 87 с.

59. Дислокационные структуры приповерхностных слоев чистых металлов после ионной имплантации / А.Н. Диденко, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. №3. с. 120-131.

60. Проблемы формирования твердых растворов и интерметаллидных фаз системы алюминий — никель при высокоинтенсивной ионной имплантации / Э.В. Козлов, А.И. Рябчиков, Ю.П. Шаркеев // Известия академии наук. Серия физическая. 2003, №3. с. 166-167.

61. The mechanisms of the long range effect in metals and alloys by ion implantation / Y.P. Sharkeev, E.V. Kozlov, A.N. Didenko etc.// J. Surface & coatings technology 1996. N 83. p. 15-21.

62. Школьник Л.М. Методы усталостных испытаний. M.: Металлургия, 1978. 300 с.

63. Сулима А. М., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М. : Машиностроение, 1988. 240 с.

64. Evans W. J. Optimising mechanical properties in a+p-titanium alloys. //Thermomechanical processing of and metallurgy of titanium alloys. 7-11 July 1997. Wollongong, Australia, p. 89-96.

65. Жуков Н.Д. Некоторые особенности сопротивления усталости литейных жаропрочных сплавов //Проблемы прочности. 1978.№7. с. 25-30.

66. Shulov V.A. and Nochovnaya N.A. Fatigue strength of refractory alloys modified by ion beams, J. Surf. Coat. Tech. 158-159. 2002. p.33-41.

67. Иванова B.C., Шанявский A.A. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия, 1988. 397 с.

68. Балтер М.А. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей М.: Машиностроение, 1987.158 с.

69. Белов А.Б., Крайников А.В., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. . Перспективы применения КИПЭ для изготовления и ремонта деталей машин. Часть 1 // ж. Двигатель, №1(43), 2006. с. 6-8.

70. Белов А.Б., Крайников А.В., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. . Перспективы применения КИПЭ для изготовления и ремонта деталей машин. Часть 2 // ж. Двигатель, №2(44), 2006. с. 8-11.

71. Crater formation on the surface of refractory alloys during high-power ion-beam processing / V.A. Shulov, A.S. Novikov, A.G. Paikin, A.I. Ryabchikov.// J. Surface and Coatings Technology, 2007. №201. p. 8654-8658.

72. Erosion resistance of refractory alloys modified by ion beams / V.A. Shulov, A.S. Novikov, A.G. Paikin, A.B. Belov, A.F. Lvov, G.E. Remnev.// J. Surface and Coatings Technology, 2007. №201. p. 8105-8111.

73. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В.И. Энгелько, А.Ф. Львов // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

74. Григорьев С.Н., Метель А.С. Осаждение упрочняющих покрытий с помощью универсальных источников ускоренных частиц и металлического пара // Упрочняющие технологии и покрытия, 9 2005. с. 36-40.

75. Экспериментальная механика под редакцией Кобаяси А. М.: Мир, 1990. 616 с.

76. Barsoum.M. The Mn+iAXn phases: a new class of solids // Prog.Solid St.Chem.28.2000.p.201 -281.

77. Barsoum M.W. and Radovic M. Mechanical properties of the MAX phases // Encyclopedia of Materials: Science and Technology. ISBN: 0-08-043152-6. p. 1-16.

78. Farbcr L., Levin I., Barsoum M.W, El-Raghy Т., Tzenov Т. High-resolution transmission electron microscopy of some Tin+iAXn compounds (n=l, 2; A-Al; X-C or N) // J. of Applied Physics. 86 (5). 1999. p. 2540-2543.

79. Barsoum M.W, El-Raghy T. The MAX phases: unique new carbide and nitride materials //The scientific research society. American scientist. 89. July-August 2001. p. 334-343.

80. Stoltz S.E., Starnberg H.I., M.W. Barsoum M.W. Core level and Ti3SiC2 by high resolution photoelectron spectroscopy // J. Physics and Chemistry of Solids. 64. 2003. p. 2321-2328.

81. Barsoum M.W, El-Raghy T. Processing and characterization of Ti2AlC, Ti2AlN2, Ti2AlC0>5N0'5 //J. Metallurgical and materials transactions, 31 A. 2000. p. 1857-1865.

82. Procopio A.T., Barsoum M.W, El-Raghy T. Synthesis of Ti4SiC3 and phase equilibria in the TiAIN system // J. Metallurgical and materials transactions, 31 A. 2000. p. 373-378.

83. Murugaiah A., Souchet A., Barsoum M.W, El-Raghy T., Radovic M., Sundberg M. Tape casting, pressureless sintering, and grain growth in Ti3SiC2 compacts // J. American ceramic society. 87 (4) 2004. p. 550-556.

84. Zhang Z.F., Sun Z.M., Hashimoto H. Low temperature synthesis of Ti3SiC2 from Ti/SiC/C powders // J. Material science and technology. 20. 2000. p. 1252-1256.

85. Jeitschko W. and Novotny H. Die Kristallstructur von Ti3SiC2 Ein Neuer omplxcarbid-Typ. // Monatcrift fur Chemie 98. 1967. p. 329-337.

86. Nickl. J.J., Schweitzer K.K., Luxenburg P. Gasphasenabscheidung im systeme Ti-Si-C // J. Less common metals. 6. 1972. p. 335-353.

87. Sun Z.M., Ahuja R., Sa Li, M. Schneider J. M. Structure and bulk modulus of M2A1C (M=Ti, V, and Cr) //J. Applied physics letters. 83 (6) 2003. p. 1-3.

88. Zhang Z.F., Sun Z.M., Hashimoto H. Deformation and fracture behavior of ternary compound Ti3SiC2 at 25-1300 °C // J. Materials letters. 57. 2003. p. 1295-1299.

89. Zhang Z.F., Sun Z.M., Hashimoto H., Abe T. A new synthesis reaction of Ti3SiC2 from Ti/TiSi2/TiC powder mixtures through pulse discharge sintering technique // J. Mat. Res. Innovât. 5. 2002. p. 185-189.

90. Barsoum M.W, El-Raghy T. Processing and mechanical properties of Ti3SiC2: !. Reaction path and microstructure evolution // J. American ceramics society. 82 (10) 1999. p. 2849-2854.

91. Zhang Z.F., Sun Z.M., Wang Z.G., Zang Q.S., Zhang Z.F. Cyclic fatigue crack propagation behavior of Ti3SiC2 synthesized by pulse discharge sintering technique // J. Scripta materialia. 49. 2003. p. 87-92.

92. Sun Z.M., Murugaiah A., Zhen T., Zhou A.Q., Barsoum M.W. Microstructure and mechanical properties of porous Ti3SiC2 // J. Acta materialia. 53. 2005. p. 4359-4366.

93. Zhang Z.F., Sun Z.F., Hashimoto H., Park Y.H., Abe T. Oxidation of Ti3SiC2 at air // J. Oxidation of metals. 59 (1/2) 2003. p. 155-165.

94. Radovic M., Barsoum M.W, El-Raghy T., Wiederhorn S.M. Tensile creep of coarsegrained Ti3SiC2 in the 1000-1200 °C temperature range // J. Alloy and compounds. 361. 2003. p. 299-312.

95. Radovic M., Barsoum M.W, El-Raghy T., Wiederhorn S.M., Luecke W.E. Effect of temperature, strain rate and grain size on the mechanical response of Ti3SiC2 in tension // J. Acta materialia. 50. 2002. p. 1297-1306.

96. Zhang Z.F., Sun Z.M., Hashimoto H., Zhang H. Micron-scale deformation and damage mechanisms of Ti3SiC2 crystals induced by indentation // J. Advaced engineering materials. 6(12) 2004. p. 980-983.

97. Palmquist J-P. and Jansson U. Magnetron sputtered epitaxial single-phase TiaSiC2 thin films // J. Applied physics letters. 81 (5). 2002. p. 835-837.

98. Штанский Д.В., Левашов E.A., Шевейко A.H. Оптимизация параметров вакуумного реакционного осаждения сверхтвердых Ti-Si-B-N покрытий // ж. Справочник. Инженерный журнал. 2000. №1. с. 17-20.

99. Новые материалы /Под редакцией Ю.С. Карабасова// М.: МИСиС. 2002. 726 с.

100. А.С.Метель, С.Н. Григорьев. Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов: физика, техника, применения. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2005.-296 с.

101. Григорьев С.Н. Перспективное оборудование и технологии для вакуумно-плазменной поверхностной обработки и опыт их промышленного внедрения // Упрочняющие технологии и покрытия, 9 2005. с. 28-32.

102. Smith D.L. Physical sputtering model for fusion reactor first-wall material // J. Nucl. Materials. 1978. V. 75. No 1. p. 20 31.

103. Рыжов Ю.А., Шкарбан И.И. Обобщение экспериментальных данных по массообмену между атомарными потоками и поликристаллическими поверхностями // Тематич. сб. трудов МАИ им. Серго Орджоникидзе. Вып. 334. М., 1975. с. 23 36.