В России насчитывается около 1500 пассажирских самолетов, а в мире их более 47 тысяч. За их подъем в небо и полет отвечают газотурбинные двигатели. Одни из основных элементов их конструкции — рабочие лопатки, за счет которых осуществляется функционирование силового агрегата. Они постоянно подвергаются эрозионному износу и высокотемпературной коррозии в процессе эксплуатации и нуждаются в восстановительном ремонте. Однако зачастую после него меняется качество защитного покрытия, что влияет на быстрый выход деталей из строя. Ученые Пермского Политеха совместно с «ОДК-Пермские моторы» разработали рекомендации по обработке лопаток, которые повысят их надежность и долговечность.
Статья опубликована в журнале «Цветные металлы» за 2025 год.
Для изготовления лопаток газотурбинных установок применяется никелевый сплав ЖС6К, так как он обладает хорошими жаропрочными свойствами и способен выдерживать высокие температуры (порядка 1000 °C) и нагрузки, характерные для работы в газовых турбинах. Чтобы защитить поверхность от эрозионного износа и коррозии, на них наносят алюминидные слои. В процессе ремонта, необходимого для продления срока службы деталей, изношенные покрытия заменяют на новые. Перед этим нужно удалить загрязнения и ранее нанесенные слои, а также подготовить поверхность.
Для этого традиционно применяют пескоструйную обработку. Во время контроля качества ремонта после нее периодически обнаруживают дефекты восстановленной защитной поверхности, не соответствующие требованиям технологической документации (бугорки и ямки). Также возникает неравномерность слоя по толщине в разных частях лопатки. Все это ведет к более быстрому выходу деталей из строя. Необходимо изучить причину таких дефектов для снижения нежелательных последствий. На текущий момент нет сравнительных исследований структуры и свойств защитного слоя, полученного на деталях из сплава ЖС6К.
Ученые Пермского Политеха исследовали нанесенное защитное покрытие на новых изделиях, после эксплуатации и после восстановительного ремонта. Опробование различных вариантов предварительной подготовки поверхности помогло выявить их влияние на качество наносимого алюминидного слоя. Исследования выполнены на базе АО «ОДК-Пермские моторы».
— Способы предварительной обработки влияют на качество лопаток после ремонта. Чтобы проверить, как именно, мы обработали их тремя способами: пескоструйным, гидроабразивным (твердые частицы и вода) и полированием. Полученные свойства поверхности проверяли на соответствие допустимым нормам. Наилучший результат показал гидроабразивный метод, так как благодаря ему удалось достичь глубины слоя, который укладывается в требуемый диапазон 30-60 мкм, и избежать поверхностных дефектов, — комментирует Елена Богатырева, ведущий специалист-технолог «ОДК-Пермские моторы».
— Помимо прочего, сравнив поверхности после нанесения алюминия с разным давлением в краскораспылителе, мы определили оптимальное — 2,0 атм (атмосфер). Соблюдение разработанных рекомендаций позволит получить эффективный слой защитного покрытия и увеличит долговечность изделий, –— комментирует Ольга Силина, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ.
Проведение этих мероприятий при восстановительном ремонте повысят устойчивость к эрозионному износу защитных слоев на рабочих деталях. Результаты исследований ученых Пермского Политеха и специалистов «ОДК-Пермские моторы» позволят более обоснованно и экономически целесообразно назначать способы обработки лопаток газотурбинного двигателя. В дальнейшем результаты подлежат проверке после его эксплуатации в условиях полета.