DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.39456

Approbation of a structural approach mode for optimization producing coatings, increases the wear resistance of the turbine blades

Олег Валентинович Соболь, Виталий Владимирович Дмитрик, Николай Андреевич Погребной, Наталия Владимировна Пинчук, Андрей Александрович Мейлехов

Abstract


A complex analysis of the benefits of using a vacuum-plasma coatings to increase wear steam turbine components. The possibility of using a structured approach to surface engineering to monitor the efficiency used in the preparation of coatings, physical and technological parameters. As express structural parameters control the functional properties of the nitride coating with an fcc crystal lattice is proposed to use the degree of texturing to the [111] axis perpendicular to the growth surface, and the average size of the crystallites. It is shown that the use of high-voltage pulse stimulation technology to streamline the formation mononitride coatings, as well as multi-element nitrides highentropy alloys can increase the hardness of coatings by more than 1.5 times, and the abrasion resistance increased more than 1.7 times, compared with coatings currently used to protect the blades from wear and friction-slip gas turbine units.


Keywords


blade turbine; node friction-slip; coating; texture; crystallite size; hardness; wear resistance

References


Pryakhin, V. V., Povarov, O. A., Ryzhenkov, V. A. (1984). Problemy erozii turbinnykh rabochikh lopatok. Teploenergetika, 10, 25–31.

Kartmazov, G. N., Lukirskiy, Yu. V., Kirik , G. V., Marinin, V. G., Polyakov, Yu. I., Deyneka, A. A. (2012). Korrozionno-erozionnostoykie pokrytiya dlya rabochikh lopatok parovykh turbin. Nauka ta іnnovatsії, 8 (3), 17–22.

Selivanov, K. S., Smyslov, A. M., Petukhov, A. N. (2011). Issledovaniya svoystv vakuumno-plazmennykh pokrytiy metodom sklerometrirovaniya na ustanovke CSM Scratch Test. Tekhnologiya mashinostroeniya. Ufa: Vestnik UGATU, 15/4 (44), 230–236.

Mingazhev, A. D., Novikov, A. V., Krioni, N. K., Bekishev, R. R. (2014). Zashchitnoe pokrytie dlya lopatok parovykh turbin. Elektronnyy nauchnyy zhurnal «Neftegazovoe delo», 4, 257–278.

Mukhin, V. S., Smyslov, A. M. (2009). Inzheneriya poverkhnosti detaley mashin. Vestnik UGATU. Mashinostroenie, 12/4 (33), 106–112.

Novikov, I. I., Filippov, G. A., Mordukhovich, A. M., Krivda, O. A., Shalobasov, I. A., Ivnitskiy, B. Ya. (1989). Povyshenie erozionnoy stoykosti staley, primenyaemykh v energomashinostroenii. Energomashinostroenie, 12, 15–17.

Pohmurskiy, V. I., Matsevitiy, V. M., Kalahan, O. S., Kazak, I. B., Vakulenko, K. V., Lyashok, S. V. (2010). Rozrobka ta doslidzhennya pokrittiv dlya zahistu vid freting-koroziyi. Problemy mashinostreniya, 13 (2), 61–67.

Bushuev, M. N. (1966). Tekhnologiya proizvodstva turbin. Mashinostroenie, 416.

Muboyadzhan, S. A., Lesnikov, V. P., Kuznetsov, V. P. (2008). Kompleksnye zashchitnye pokrytiya turbinnykh lopatok aviatsionnykh GDT. Ekaterinburg: Izd-vo «Kvist», 208.

Getsov, L. B. (2010). Materialy i prochnost' detaley gazovykh turbin. V dvukh knigakh. Rybinsk: OOO «Izdatel'skiy dom «Gazoturbinnye tekhnologii», 1, 612.

Materialy i prochnost' oborudovaniya TES: ucheb. posobie (2008). SPb.: Izd-vo Politekhn. Universiteta, 610.

Budilov, V. V., Mukhin, V. S., Shekhman, S. R. (2008). Nanotekhnologii obrabotki poverkhnosti detaley na osnove vakuumnykh ionno-plazmennykh metodov: Fizicheskie osnovy i tekhnicheskie resheniya. Moscow: Nauka, 194.

Kuznetsov, N. D., Tseytlin, V. I., Volkov, V. I. (1993). Tekhnologicheskie metody povysheniya nadezhnosti detaley mashin. Moscow: Mashinostroenie, 304.

Sulima, A. M., Shulov, V. A., Yagodkin, Yu. D. (1988). Poverkhnostnyy sloy i ekspluatatsionnye svoystva detaley mashin. Moscow: Mashinostroenie, 239.

Gonserovskiy, F. G. (1998). Uprochnenie i remont stal'nykh paroturbinnykh rabochikh lopatok posle erozionnogo iznosa. Elektricheskie stantsii, 8, 37–41.

Solonina, O. P., Glazunov, S. G. (1976). Zharoprochnye titanovye splavy. Moscow: Metallurgiya, 447.

Sobol', O. V., Azarenkov, N. A., Pogrebnyak, A. D., Beresnev, V. M. (2011). Inzheneriya vakuumno-plazmennykh pokrytiy. Kharkiv: KhNU imeni V. N. Karazina, 344.

Sobol’, O. V., Andreev, A. A., Gorban’, V. F., Krapivka, N. A., Stolbovoi, V. A., Serdyuk, I. V., Fil’chikov, V. E. (2012). Reproducibility of the single-phase structural state of the multielement high-nb entropy Ti–V–Zr–Nb–Hf system and related superhard nitrides formed by the vacuum-arc method. Technical Physics Letters, 38 (7), 616–619. doi: 10.1134/s1063785012070127

Sobol’, O. V., Andreev, A. A., Grigoriev, S. N., Gorban’, V. F., Volosova, M. A., Aleshin, S. V., Stolbovoi, V. A. (2012). Effect of high-voltage pulses on the structure and properties of titanium nitride vacuum-arc coatings. Metal Science and Heat Treatment, 54 (3-4), 195–203. doi: 10.1007/s11041-012-9481-8

Rutherford, K. L., Hutchings, I. M. (1996). A Micro-Abrasive Wear Test, with Particular Application to Coated Systems. Surface & Coatings Technology, 79 (1-3), 231–239. doi: 10.1016/0257-8972(95)02461-1

Sue, J. A., Troue, H. H. (1987). Effect of Crystallographic Orientation on Erosion Characteristics of ARC Evaporation Titanium Nitride Coating. Surface and Coatings Technology, 33, 169–181. doi: 10.1016/0257-8972(87)90186-1


GOST Style Citations


Пряхин, В. В. Проблемы эрозии турбинных рабочих лопаток [Текст] / В. В. Пряхин, О. А. Поваров, В. А. Рыженков // Теплоэнергетика. – 1984. – № 10. – С. 25–31.

Картмазов, Г. Н. Коррозионно-эрозионностойкие покрытия для рабочих лопаток паровых турбин [Текст] / Г. Н. Картмазов, Ю. В. Лукирский, Г. В. Кирик , В. Г. Маринин, Ю. И. Поляков, А. А. Дейнека // Наука та інновації. – 2012. – Т. 8, № 3. – С. 17—22.

Селиванов, К. С. Исследования свойств вакуумно-плазменных покрытий методом склерометрирования на установке CSM Scratch Test. Технология машиностроения [Текст] / К. С. Селиванов, А. М. Смыслов, А. Н. Петухов// Уфа: Вестник УГАТУ. – 2011. – Т. 15, № 4 (44). – С. 230–236.

Мингажев, А. Д. Защитное покрытие для лопаток паровых турбин [Текст] / А. Д. Мингажев, А. В. Новиков, Н. К. Криони, Р. Р. Бекишев // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2014. – № 4. – С. 257–278.

Мухин, В. С. Инженерия поверхности деталей машин [Текст] / В. С. Мухин, А. М. Смыслов // Вестник УГАТУ. Машиностроение. – 2009. – Т. 12, № 4 (33). – С. 106–112.

Новиков, И. И. Повышение эрозионной стойкости сталей, применяемых в энергомашиностроении [Текст] / И. И. Новиков, Г. А. Филиппов, А. М. Мордухович, О. А. Кривда, И. А. Шалобасов, Б. Я. Ивницкий // Энергомашиностроение. – 1989. – № 12. – С. 15–17.

Похмурський, В. І. Розробка та дослідження покриттів для захисту від фретинг-корозії [Текст] / В. І. Похмурський, В. М. Мацевітий, О. С. Калахан, І. Б. Казак, К. В. Вакуленко, С. В. Ляшок // Проблемы машинострения. – 2010. – Т. 13, № 2. – С. 61–67.

Бушуев, М. Н. Технология производства турбин [Текст] / М. Н. Бушуев. – М.: Машиностроение, 1966. – 416 с.

Мубояджан, С. А. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГДТ [Текст] / С. А. Мубояджан, В. П. Лесников, В. П. Кузнецов // Екатеринбург: Изд-во «Квист», 2008. – 208 с.

Гецов, Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. В двух книгах. Кн. 1 [Текст] / Л. Б. Гецов. – Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии», 2010. – 612 с.

Материалы и прочность оборудования ТЭС: учеб. пособие [Текст] / под ред. В. М. Боровкова, Л. Б. Гецова. – СПб.: Изд-во Политехн. Университета, 2008. – 610 с.

Будилов, В. В. Нанотехнологии обработки поверхности деталей на основе вакуумных ионно-плазменных методов: Физические основы и технические решения [Текст] / В. В. Будилов, В. С. Мухин, С. Р. Шехман. – М.: Наука, 2008. – 194 с.

Кузнецов, Н. Д. Технологические методы повышения надежности деталей машин [Текст] / Н. Д. Кузнецов, В. И. Цейтлин, В. И. Волков. – М.: Машиностроение, 1993. – 304 с.

Сулима, A. M. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин [Текст] / A. M. Сулима, В. А. Шулов, Ю. Д. Ягодкин. – М.: Машиностроение, 1988. – 239 с.

Гонсеровский, Ф. Г. Упрочнение и ремонт стальных паротурбинных рабочих лопаток после эрозионного износа [Текст] / Ф. Г. Гонсеровский // Электрические станции. – 1998. – № 8. – С. 37–41.

Солонина, О. П. Жаропрочные титановые сплавы [Текст] / О. П. Солонина, С. Г. Глазунов. – М.: Металлургия, 1976. – 447 с.

Соболь, О. В. Инженерия вакуумно-плазменных покрытий [Текст] / О. В. Соболь, Н. А. Азаренков, А. Д. Погребняк, В. М. Береснев. – Х.: ХНУ имени В.Н. Каразина, 2011. – 344 с.

Sobol’, O. V. Reproducibility of the single-phase structural state of the multielement high-nb entropy Ti–V–Zr–Nb–Hf system and related superhard nitrides formed by the vacuum-arc method [Text] / O. V. Sobol’, A. A. Andreev, V. F. Gorban’, N. A. Krapivka, V. A. Stolbovoi, I. V. Serdyuk, V. E. Fil’chikov // Technical Physics Letters. – 2012. – Vol. 38, Issue 7. – P. 616–619. doi: 10.1134/s1063785012070127

Sobol’, O. V. Effect of high-voltage pulses on the structure and properties of titanium nitride vacuum-arc coatings [Text] / O. V. Sobol’, A. A. Andreev, S. N. Grigoriev, V. F. Gorban’, M. A. Volosova, S. V. Aleshin, V. A. Stolbovoi // Metal Science and Heat Treatment. – 2012. – Vol. 54, Issue 3-4. – Р. 195–203. doi: 10.1007/s11041-012-9481-8

Rutherford, K. L. A Micro-Abrasive Wear Test, with Particular Application to Coated Systems [Text] / K. L. Rutherford, I. M. Hutchings // Surface & Coatings Technology. – 1996. – Vol. 79, Issue 1-3. – Р. 231–239. doi: 10.1016/0257-8972(95)02461-1

Sue, J. A. Effect of Crystallographic Orientation on Erosion Characteristics of ARC Evaporation Titanium Nitride Coating [Text] / J. A. Sue, H. H. Troue // Surface and Coatings Technology. – 1987. – Vol. 33. – Р. 169–181. doi: 10.1016/0257-8972(87)90186-1 







Copyright (c) 2015 Олег Валентинович Соболь, Виталий Владимирович Дмитрик, Николай Андреевич Погребной, Наталия Владимировна Пинчук, Андрей Александрович Мейлехов

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061