Выбор износостойкого покрытия для высокотемпературного щеточного уплотнения

Перетечки в газовом тракте авиационных газотурбинных двигателей отрицательно влияют на их эффективность. Снижение перетечек газа относится к наиболее значимым проблемам. Для уменьшения перетечек газа широко применяются щеточные уплотнения, совершенствованию которых уделяется много внимания. В целях увеличения ресурса на щеточные уплотнения наносят покрытия, уменьшающие их износ. К наиболее перспективным из них относятся керамические покрытия. Однако они имеют очень низкую трещиностойкость, что отрицательно влияет на стойкость к износу, особенно в условиях термоциклических воздействий. Исследована возможность применения композиционного покрытия на основе частично стабилизированного диоксида циркония для повышения трещиностойкости щеточного уплотнения. Преимуществом такого композита перед другими керамическими покрытиями триботехнического назначения является более высокая трещиностойкость и возможность ее повышения микролегированием редкоземельными элементами. Методом кинетического микроиндентирования показана эффективность легирования для увеличения показателей трещиностойкости.
EDN: VKCJBD, https://elibrary/vkcjbd

Литература

[1] Темис Ю.М., Селиванов А.В. Перспективные уплотнения для газотурбинных двигателей. Авиационные двигатели, 2021, № 2, с. 43–60, doi: https://doi.org/10.54349/26586061_2021_2_43

[2] Sun D., Yang Y., Zhao H. et al. Influence factors of frictional heat between bristles and rotor for a multi-stage brush seal. Tribol. Int., 2024, vol. 198, art. 109841, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109841

[3] Chew J.W., Guardino C. Simulation of flow and heat transfer in the tip region of a brush seal. Int. J. Heat Fluid Flow, 2004, vol. 25, no. 4, pp. 649–658, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2003.12.001

[4] Fan J., Ji H., Wang Q. et al. A combined theoretical and experimental study of wear model of brush seal. Tribol. Int., 2021, vol. 154, art. 106696, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106696

[5] Qin X., Qin Y., Wang G. et al. Experimental study and numerical simulation of the balling effect and melt flow dynamics during the process of laser cutting of bristles. Opt. Laser Technol., 2024, vol. 179, art. 111391, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111391

[6] Thakare M.R., Mason J.F., Owen A.K. et al. Effect of sliding speed and counterface properties on the tribo-oxidation of brush seal material under dry sliding conditions. Tribol. Int., 2016, vol. 96, pp. 373–381, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2013.02.010

[7] Outirba B., Hendrick P. Experimental characterization of friction and heat generation of carbon fibre brush seals for aero-engines. Tribol. Int., 2020, vol. 151, art. 106448, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106448

[8] Outirba B., Hendrick P. Operating life assessment of a carbon fibre brush seal through endurance testing. Tribol. Int., 2023, vol. 179, art. 108076, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108076

[9] Каминская Л.Л., Кондратюк Э.В., Зиличихис С.Д. и др. Элементы технологии изготовления щеточного уплотнения ГТД и его экспериментальные исследования в статическом положении. Вестник двигателестроения, 2008, № 1, c. 71–74.

[10] Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь, Авиадвигатель, 2006. 1204 с.

[11] Пугачев А.О., Равикович Ю.А. Применение щеточных уплотнений в конструкциях современных турбомашин. Вестник МАИ, 2013, т. 20, № 3, с. 67–75.

[12] Севостьянов Н.В., Бурковская Н.П. Современные аспекты развития триботехнического материаловедения тяжелонагруженных узлов сухого трения (обзор). Труды ВИАМ, 2022, № 10. URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1928

[13] Xu X., Fan S., Zhang L. et al. Comparison of the structure and physicochemical properties of ZrO2 based crystals partially stabilized with Y2O3, Gd2O3 and Sm2O3. Mod. Electron. Mater., 2024, vol. 10, no. 1, pp. 3–10, doi: https://doi.org/10.3897/j.moem.10.1.122043

[14] Алисин В.В., Борик М.А., Кулебякин А.В. и др. Исследование механических свойств кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония методом кинетического микроиндентирования. Неорганические материалы, 2015, т. 51, № 6, с. 609–613.

[15] Roshchin M.N. High-temperature installation for testing composite ceramic materials on the friction and wear behaviour. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1515, art. 042050, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1515/4/042050

[16] Москвитин Г.В., Мельшанов А.Ф., Пугачев М.С. Оценка прочности нового нанокристаллического материала на основе диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия. Вестник научно-технического развития, 2010, № 11, с. 21–25.