Лопатки газотурбинного двигателя в процессе эксплуатации подвергаются постоянному агрессивному воздействию, из-за чего на их поверхности образуются нагар, оксидная пленка и микротрещины. Для восстановления характеристик лопаток необходимо их качественно очищать. Существующие моющие средства справляются с поверхностными отложениями, но не убирают такие химически стойкие оксиды металлов, как оксиды алюминия, титана, вольфрама, хрома и никеля. Их очистка требует более тщательного изучения и подбора параметров. Ученые Пермского Политеха изучили процесс удаления таких устойчивых оксидов галогенидсодержащими составами и доказали их перспективность для восстановления поверхности лопаток газотурбинного двигателя.
Статья с результатами опубликована в журнале «Южно-Сибирский научный вестник». Исследование проведено при финансовой поддержке в рамках программы развития передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения».
Сопловые лопатки — это важная часть авиационного двигателя. В процессе эксплуатации они подвергаются воздействию высоких температур, механическим нагрузкам и коррозии. Из-за агрессивных факторов на их поверхности образуются нагар, оксидный слой металлов, а также повышается вероятность образования микротрещин.
Моющие и чистящие средства очищают нагар, но не справляются с оксидным слоем компонентов сплава. Механические способы очистки не удаляют оксиды в полной мере в труднодоступных частях лопаток.
Наиболее перспективны химические методы, которые включают применение специальных растворителей, кислот или других веществ, способных растворять или разрушать отложения на поверхности лопаток. Однако такой способ требует более тщательного изучения и подбора оптимальных параметров для качественного удаления оксидной пленки. Особенно это касается стойких оксидов алюминия, титана, вольфрама, хрома и никеля. Из-за их разной химической природы сложно подобрать подходящие реагенты.
Ученые Пермского Политеха изучили эффективность очистки поверхности сопловой лопатки авиационного двигателя галогенидсодержащими составами, а именно газообразным фтороводородом, плавиковой и соляной кислотой.
— Мы провели термодинамический анализ, который позволил установить вероятность и подходящие температурные условия для протекания химической реакции оксидов с такими галогенидами. На его основе экспериментально выявили, какие вещества воздействуют на химически устойчивые оксиды металлов, — рассказывает Дарья Фомина, аспирант кафедры химические технологии ПНИПУ.
Для исследования политехники использовали образцы сопловой лопатки газотурбинного двигателя, которые специально предварительно окисляли для образования оксидной пленки с нужными компонентами. Далее образцы поочередно взаимодействовал с очищающими составами, после чего ученые изучали морфологию их поверхности и изменения элементного состава.
Результаты показали, что газообразный фтороводород активно реагирует с оксидом алюминия и вольфрама, за счет чего в 4 раза уменьшается содержание кислорода на поверхности и тем самым разрушается основная структура оксидной пленки. Однако для завершения процесса очистки ученые рекомендуют проводить дополнительную стадию восстановления водородом.
— Плавиковая кислота также реагирует с компонентами сплава, но уже в меньшей степени. А обработка поверхности лопаток соляной кислотой эффективно разрушает оксидную пленку никеля и хрома до содержания кислорода менее 1%. Эти кислоты лучше использовать при комбинированном методе очистки, где обработка будет осуществляться в несколько стадий, — объясняет Владимир Пойлов, профессор кафедры химических технологий ПНИПУ, доктор технических наук.
Исследование ученых ПНИПУ доказало, что галогенидсодержащие реагенты активно реагируют с продуктами коррозии авиационных сплавов. Результаты экспериментов полезны для качественной очистки лопаток авиационного двигателя от оксидного слоя.
