В Самаре решили создать «доспехи» для ракетных и авиационных двигателей

Учёные Самарского национального исследовательского университета имени С.П. Королёва в течение двух лет разработают и испытают на практике технологию производства инновационного теплозащитного плазменного покрытия для защиты конструктивных элементов ракетных и авиационных двигателей от экстремально высоких рабочих температур - порядка 1500 градусов по Цельсию и выше, сообщает 23 ноября пресс-служба вуза.

Проект по созданию технологии производства такого покрытия стал победителем конкурса программы "УМНИК" и получил финансовую поддержку Фонда содействия инновациям*.

«Применение подобного термобарьерного покрытия позволит значительно увеличить ресурс и надёжность работы ракетных и авиационных двигателей, газоперекачивающих и энергогенерирующих установок, а также микрогазотурбинных двигателей, применяемых на беспилотных летательных аппаратов», - рассказал автор проекта, молодой учёный, старший преподаватель кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении, научный сотрудник НИИ технологий и проблем качества Михаил Гиорбелидзе. По его словам, согласно расчётам, внедрение разрабатываемой технологии должно, как минимум, в два-три раза продлить ресурс важнейших конструктивных элементов горячего тракта двигателей, снизив тем самым необходимость в ремонте и замене дорогостоящих деталей.

Жаропрочное покрытие, способное долгое время выдерживать температуры порядка 1500 градусов по Цельсию, защитит от разрушения внутренние поверхности сопел и камер сгорания, лопатки турбин и другие элементы двигателей и энергоустановок. Покрытие наносится путём плазменного напыления: в струю из плазмы, направленную на обрабатываемую поверхность, подают частицы тугоплавкого вещества, например, оксида циркония, в виде порошка. Ускоряясь и нагреваясь в плазме, такие частицы попадают на обрабатываемый объект и образуют покрытие.

Уникальность предлагаемого самарскими учеными термобарьерного покрытия заключается в его структуре: его можно сравнить со средневековым доспехом - кольчугой, состоящей из слоёв плоских дискообразных частиц-чешуек, которые располагаются и скрепляются друг с другом в особом упорядоченном порядке. Толщина одной такой "чешуйки" - 10-20 мкм, а толщина всей "кольчуги" в целом - всего менее полумиллиметра. За счёт разрабатываемой технологии внутри отдельных "чешуек" удается сформировать наноструктурный слой материала, что позволяет повысить эксплуатационные свойства "доспеха".

«Такие особенности строения покрытия обеспечивают сочетание высоких значений адгезионной прочности и термостойкости, позволяя уменьшать тепловые нагрузки и локализовывать возникающую в ходе эксплуатации усталостную трещину в пределах одного кристаллита покрытия, не давая ей прорасти до материала детали двигателя», - отметил Михаил Гиорбелидзе.

Ещё одно перспективное преимущество: использование более эффективных термобарьерных покрытий даёт возможность конструкторам при разработке двигателей повышать рабочую температуру газа перед турбиной и тем самым увеличивать возможную мощность силовой установки.

В рамках рассчитанного на два года проекта учёным предстоит первоначально разработать математическую модель высокоскоростного превращения расплавленных частиц материала в "чешуйки" покрытия с учётом разделения напыляемых частиц по размерам, скоростям и температурам для получения более однородной упорядоченной структуры. По итогам разработки технологии будут изготовлены опытные образцы покрытия для проведения испытаний.