Izstrādāti inovatīvi nanopārklājumi jaunās paaudzes aviācijas dzinēju detaļu pārklāšanai

Ar aci neredzamie pārklājumi

AERTI vadošais pētnieks Konstantins Savkovs skaidro, ka projekta «Gāzturbīnu dzinēju karstā trakta detaļu inovatīvu metālkeramisko nanopārklājumu (McBLADE) izstrāde» galvenais uzdevums bija izstrādāt titāna sakausējumu pārklājumus, lai palielinātu to siltuma noturību 700–850°C temperatūras diapazonā. Šādus pārklājumus var lietot jaunās paaudzes gāzes turbīnas dzinējiem (GTD), kuriem ir zems īpatnējais svars un kuri patērē mazāk degvielas. Šādu dzinēju izveide patlaban ir viens no prioritārajiem aviācijas uzdevumiem. 

Zinātnieks ir izstrādājis metodiku daudzslāņu pārklājuma ((Ti-Al-Cr-Si-Ni) izveidei, ko izmantot titāna sakausējumiem. Katram slānim ir noteiktas funkcijas. Pirmais starpmetālu slānis nodrošina labu saķeri ar pamatmateriālu. Otrais slānis (konglomerāts) nodrošina galveno aizsardzību pret titāna sakausējuma oksidēšanos un veic aizsargfunkcijas un aizkavē aizsargpārklājuma rezorbciju darbības laikā. Savukārt trešais slānis (nitrīds) papildus palielina pārklājuma izturību augstā temperatūrā, kā arī uzlabo tā mehāniskās un ķīmiskās īpašības.

Šis pārklājums ir ļoti plāns, ar aci nesaskatāms – tas nedrīkst būt biezāks par 10 mikrometriem (µm), lai izslēgtu pārklājuma biezuma ietekmi uz pēdējo kompresora posmu asmeņu aerodinamiskajām īpašībām, kuru maksimālais biezums ir aptuveni 1 mm. Visi pārklājuma slāņi jārealizē vienā tehnoloģiskajā ciklā, nepārtraucot procesu.

Lai ieviestu šo metodi, tika modernizēta vakuuma iekārta NNV-6,6-I1, izstrādāta katra pārklājuma slāņa uzklāšanas tehnoloģija, nosakot visus nogulsnes tehnoloģiskos parametrus. 

Visi pārklājuma slāņi tika uzklāti uz titāna sakausējumu paraugiem atsevišķi kā monoslānis pie dažādiem pārklājuma ķīmiskajiem sastāviem. Tika veikti šo monokrātu oksidējamības testi 750-850°C robežās, lai noteiktu katra slāņa optimālo sastāvu atsevišķi un iepriekšēju katra slāņa paredzamā biezuma novērtējumu. Pēc tam tika uzklāti un pārbaudīti daudzslāņu pārklājumi ar dažādām slāņu prioritātēm (starpmetālu, konglomerātu un nitrīdu), lai noteiktu optimālo katra pārklājuma slāņa biezuma attiecību, un tika veikta galīgā pārklājuma tehnoloģijas optimizācija, pamatojoties uz visu veikto testu rezultātiem. Jaunajiem pārklājumiem tika veikti ilgtermiņa karstumizturības testi 800, 850, 870°C temperatūrā.

Vieglāki, dabai draudzīgāki

Titāna sakausējumi ir viens no vieglākajiem materiāliem, ko patlaban izmanto gāzturbīnu dzinēju ražošanā. Palielinot to karstumizturību, palielināsies arī titāna sakausējumu īpatsvars dzinēju projektēšanā, ievērojami samazinot gāzturbīnu dzinēju svaru un līdz ar to arī gaisa kuģu masu.

Dārgo niķeļa sakausējumu aizstāšana ar pieejamākajiem titāna sakausējumiem kļūs par iemeslu niķeļa patēriņa samazināšanās, tādējādi palielinot arī videi draudzīgāku dzinēju ražošanu. Paši pārklājumi ir salīdzinoši ekoloģiski un nav pārāk dārgi. 

Latvijā jaunās tehnoloģijas izmantošana varētu veicināt augsto tehnoloģiju produkcijas ar augstu pievienoto vērtību attīstību, pie tam izstrādāto tehnoloģiju var izmantot arī automobiļu un kosmosa rūpniecībā.

Pēcdoktorantūras pētniecības projekts izstrādāts Eiropas Reģionālās attīstības fonds darbības programmas «Izaugsme un nodarbinātība» 1.1.1.2. pasākuma «Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts» īpašā atbalsta mērķa «Latvijas zinātnisko institūciju pētniecības un inovācijas kapacitātes palielināšana un spēja piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā» 1.1.2.1.apakšaktivitātes ietvaros (Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/126 «Gāzturbīnu dzinēju karstā trakta detaļu inovatīvu metālkeramisko nanopārklājumu (McBLADE) izstrāde»)