ММК Спецтехнология ЛА 2013

Жаростойкие покрытия

Ресурс работы двигателя зависит от способности огневой стенки КС сопротивляться высокотемпературной коррозии. Для защиты огневых стенок от окисления используются интенсивные газовые завесы и применяются топлива с коэффициентом избытка окислителя меньше единицы, что полностью не исключает возможности попадания «кислого газа» на стенки камеры и ее разрушения.

Как показали исследования, в таких условиях более надежным способом является нанесение на огневую стенку КС покрытия из жаростойких материалов.

Жаростойкие покрытия должны работать заданное время, обладать хорошей адгезией, быть ровным и (не должны иметь внутренних и внешних дефектов в виде вздутий, отслаиваний, шелушений, включений инородных материалов, микрокапель), плотными, беспористыми, мелкозернистыми, мелкокристаллическими.

Наиболее широко применяется гальваническое хромирование. Однако хромовое электролитическое покрытие, как правило, пронизано сеткой микротрещин, что приводит к интенсивному окислению огневой стенки уже в первые секунды работы двигателя.

Вакуумное хромовое покрытие не имеет этого недостатка и хорошо противостоит высокотемпературной коррозии. Наносится оно электроннолучевым методом.

Для обеспечения хорошей адгезии защитного покрытия к огневой стенке КС необходимо произвести:

•предварительную пескоструйную обработку поверхности огневой стенки:

•промывку поверхности огневой стенки последовательно бензином, ацетоном, спиртом;

•нагрев КС перед нанесением покрытия до 500° С;

•предварительную очистку поверхности огневой стенки тлеющим разрядом: в парах аргона 10 мин, в парах испаряемого материала

(хрома) 1... 2 мин.

Контроль качества покрытий осуществляется на образцах-свидетелях и имитаторах.

Предварительно покрытие осматривается на предмет обнаружения вздутий, шелушения, отслаиваний.

Пористость покрытия проверяют следующим образом. Бумагу, пропитанную 1%-ным раствором NH3, быстро надвигают сбоку на испытуемую поверхность и плотно прижимают к ней. Через

30… 60 с бумагу снимают с поверхности и погружают в раствор рубеановодородной кислоты. Через 5...10 с бумага в местах нахождения сквозных пор и трещин окрашивается.

Контроль структуры, размера зерна, микротвердости и фазового состава нанесенного покрытия осуществляется с помощью металлографического и рентгеноструктурного методов на микрошлифах, изготовленных из имитаторов.

На образцах-свидетелях методами нормального отрыва и нанесением сетки царапин определяется адгезионная прочность.

Прибором МТ-40НЦ (цена деления 0,001 мм) измеряется толщина и равномерность покрытия. После чего производятся механические испытания образцов с покрытиями.

Эрозионностойкие покрытия

Теплозащитные эрозионностойкие покрытия (ЭТЗП) широко применяются в производстве ЖРД. Они обеспечивают заданные ресурс работы и надежность двигателя, защищая огневые стенки от высокотемпературного н эрозионного воздействия продуктов сгорания топлива.

В качестве основных теплозащитных материалов при плазменном напылении используются порошки стабилизированной двуокиси циркония (марок ПЦП-100, ПЦП-70, ПЦП-40) или керметы на ее основе с добавками различных металлов (NiCr, Cr, W и др.). Для увеличения прочности сцепления ЭТЗП с подложкой (защищаемый материал изделия) и термостойкости покрытий на подложку предварительно наносится методом плазменного напыление металлический подслой из нихрома марки Х20Н80 или вольфрама. Исходным материалом для подслоя является проволока диаметром от 1,0 до 1,6 мм или порошок с зернистостью 40...100 мкм.

Схема технологического процесса плазменного нанесения ЭТЗП:

•абразивная обработка поверхности порошком карбида кремния или

электрокорундом для обеспечения шероховатости RZ = 60...80 мкм (пескоструйная подготовка поверхности);

•плазменное напыление подслоя;

•плазменное напыление теплозащитного покрытия.

Качество пескоструйной подготовки определяется:

•расходом абразива;

•давлением и расходом сжатого воздуха;

•расстоянием от среза сопла пескоструйной головки до обрабатываемой поверхности (дистанция опескоструивания);

•углом между осью пескоструйного сопла и обрабатываемой поверхностью (угол опескоструивания);

•окружной скоростью вращения изделия;

•подачей пескоструйной головки на оборот изделия (шаг опескоструивания).

Определяющими параметрами процесса плазменного напыления покрытий являются:

•сила тока (IД) и напряжение (UД) на дуге плазменного распылителя;

•состав и расход плазмообразующего газа;

•расход напыляемого материала (проволоки, порошка);

•дистанция напыления LН;

•шаг напыления (подача распылителя на оборот изделия) SP;

•окружная скорость изделия в зоне напыления VИЗД;

•угол напыления αH.

Совокупность этих параметров определяет производительность процесса, коэффициент использования напыляемого материала и характеристики полученного покрытия (прочность сцепления, термостойкость, пористость, равномерность, структура).

Схема процесса плазменного напыления покрытий из порошковых и проволочных материалов приведена на рис. 9.2.

Рисунок 9.2. Схема процесса плазменного напыления покрытий из порошковых и проволочных материалов: LН - дистанция напыления; SP - шаг напыления; αH - угол напыления; VИЗД - скорость окружная

Процесс плазменного напыления покрытий на огневые стенки КС осуществляется на специальных участках, оснащенных необходимым оборудованием, с автономной системой приточно-вытяжной вентиляции.

В табл. 9.1 приведены рекомендуемые режимы плазменного напыления проволочного нихрома и порошковой двуокиси циркония ПЦП-100 на универсальном малогабаритном плазменном распылителе УПР-1.

Свойства полученных ЭТЗП приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2