РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ
Для всесторонней оценки свойств теплозащитных покрытий проводились исследования по жаростойкости и термостойкости, пористости и прочности сцепления покрытий с основой, а так же световая и электронная микроскопия.
2.1. Жаростойкость и термостойкость
Под жаростойкостью понимают способность теплозащитного покрытия сопротивляться окислению или другому изменению химического состава при повышенных температурах в присутствии воздуха [32,36].
Жаростойкость материалов, эксплуатирующихся в горячей зоне турбины и компрессора ГТД является одним из показателей, оказывающих значительное влияние на их надежность и работоспособность. Площади ТЗП на деталях имеют развитые поверхности, поэтому количественному определению практически не поддаются. Поэтому существующие методы оценки жаростойкости к этим материалам не применимы.
Данная методика распространяется на теплозащитные покрытия и устанавливает метод их испытания на жаростойкость.
Методика основана на определении относительного изменения массы образца при воздействии на него температуры в течении определенного промежутка времени в атмосфере воздуха. Температура испытаний может меняться в зависимости от задания.
Оборудование и приборы
Испытания проводили в электрической печи сопротивления типа Г-30 в воздушной среде в фарфоровых тиглях.
Диапазон создания температуры в печи лежал в пределах 20?-1200?С. Температуру в печи измеряли термопарой типа ППр, 0-1600 и вторичным пробором КСП-4 ГОСТ 7164-66.
Предел допустимой погрешности при измерении температуры печи ?10?С.
Взвешивание образцов проводили на аналитических весах типа ВЛА - 200 ВЛР-200 с погрешностью не менее ?0,001 г.
Образцы готовили отслаиванием покрытия от основы размером 10?10 мм и толщиной не менее 2 мм.
Испытания прекращали, если визуально видно отслоение окисной пленки.
Порядок проведения эксперимента
1. В пять фарфоровых тигля уложить по одному образцу, предварительно взвешенному на аналитических весах.
2. Все пять тиглей установить в печь, предварительно разогретую до заданной температуры.
3. Через каждые 20 часов выдержки в печи выгрузить один тигель и охладить на воздухе. Цикл испытаний продолжался 100 часов без перерыва.
4. После охлаждения образец - навеску взвесить.
5. Исследования повторить с повышением температуры на 100?С и понижением на 100?С ниже заданной.
Вычислять жаростойкость (относительное изменение массы) каждого образца по формуле:
,
где - масса образца до испытания, г;
- масса образца после испытания, г.
По проведенным испытаниям строиться график зависимости жаростойкости от времени для каждой температуры.
Настоящая методика испытаний на жаростойкость позволяет дать сравнительную оценку разрабатываемым теплозащитным покрытиям для выявления наиболее жаростойких при одинаковых условиях испытания.
Поскольку в лабораторных условиях невозможно в полной мере создать условия эксплуатации, то результаты лабораторных испытаний следует считать относительными, отражающими лишь качественную сторону явления.
Данная методика по определению жаростойкости теплозащитных покрытий согласована с предприятием - заказчиком.
Термостойкость покрытий - это способность покрытий сопротивляться термическим нагрузкам (нагрев - охлаждение) без трещин, расслоений и отслоений. [30,33]
Термостойкость оценивалась количеством циклов (нагрев - охлаждение) до появления в покрытии трещин или отслоения покрытия от основы. Определяли визуально с помощью оптики.
Испытания на термостойкость осуществлялись в согласии с СТП1 - 595 - 14 - 15 - 85 от 01.10.85 г. на образцах - проставках с подготовленной поверхностью (нарезание на поверхности проставок специальных канавок с последующим их запылением композиционным теплозащитным покрытием). Покрытие трёхслойное, по последнему слою проводили механическую обработку (шлифовку) до общей толщины покрытия 2,0-2,5 мм.
До обработки общая толщина покрытия составила 2,5-3,0 мм.
Температура нагрева при испытаниях составляет 1250?С. Охлаждающая среда - воздух, охлаждать до температуры 20?С. Возможно термический цикл изменять в зависимости от требуемых условий.
При термоциклировании применялась установка, которая позволяла испытывать материалы с покрытием на стойкость в высокоскоростных потоках продуктов сгорагания керосина при длительности нагрева в пределах 1...10 минут в диапазоне температур 500...1250?С.
Такая установка построена в лаборатории ЗМКБ "Прогресс" и общий вид установки представлен на рис. 2.1.
Установка автоматизирована (подача образца в высокотемпературный поток сгоревшего газа и вывод его для охлаждения выполняется автоматически по предварительно заданной программе).
Рис 2.1. Схема установки для термоциклирования образцов с покрытием.
1 - входной воздушный вентиль; 2 - электроподогреватель; 3 - вентиль ДУ - 50; 4 - горелка; 5 - основание платформы; 6 - испытуемый образец; 7 - манометр; 8 - воздушная термопара; 9 - реверсивный механизм; 10 - подвижная платформа; 11, 12 - концевые выключатели; 13 - контрольная термопара; 14 - манометр; 15 - датчик температуры; 16 - система вентиляция; 17 - оптическая система наблюдения за покрытием.
Воздушная система установки с параметрами (Рв, tв), позволяющими после сжигания топлива в горелке обеспечить поток горячих газов с требуемыми теплоподачей и температурой (?потока, Tг).
С помощью электроподогревателя 2 можно поднять температуру воздуха перед горелкой до 100...150?С (в зависимости от расхода).
Горелка 4 настраивается на два режима работы, обеспечивающие требуемые температуры газового потока Tmax и Tmin. Поочередным срабатыванием концевых выключателей 11 и 12 включается реле времени, которое на заданное время устанавливает с помощью электроклапана нужный расход керосина в топливной магистрали горелки.
Порядок проведения