Высокотемпературные жаростойкие эмалевые покрытия для защиты от коррозионного воздействия продуктов сгорания топлива теплонагруженных элементов из коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов

Получены следующие данные по теплопроводности (X): Материал образцов

На волокне системы АЬОз-БЮг...................

НК-БЮ.......................................

X, Вт/

0,13-0,14 . 0,24-0,25.

Данные результаты свидетельствуют о том, что разработанный СККМ на оксидных волокнах по теплопроводности превосходит СККМ на дефицитном армирующем волокне БЮ.

Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели разработанного СККМ на основе оксидных армирующих наполнителей и стеклокерамической матрицы: высокая температуроустойчивость, механическая прочность, низкие теплопроводность и плотность, экологическая безопасность.

1. Фундаментальные проблемы высокоскоростных течений: Международная научно-техническая конференция - М.: ЦАГИ, 2004, с. 64-96.

2. Композиционные материалы: Справочник - М.: Машиностроение, 1990, Гл. 1,

3. Августинник А.И. Керамика - Л.: Стройиздат, 1975, с. 370-380.

4. Солнцев С.С., Минаков В.Т., Розененкова В.А., Швец Н.И., Миронова Н.А., Антонова C.B. Комплексные температуроустойчивые защитные покрытия для керамоке-рамических композиционных материалов: Труды ХУШ совещания по температуро-устойчивым функциональным покрытиям, ч. 2 - Тула: изд. ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2001, с. 8-10.

С. С. Солнцев, Н.В. Исаева, В.В. Швагирева, Г.А. Соловьева

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЖАРОСТОЙКИЕ ЭМАЛЕВЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ И ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

Приведены данные по влиянию и воздействию продуктов сгорания топлива на сопротивляемость коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов и их работоспособность. Для защиты от коррозионного воздействия продуктов сгорания топлива разработаны и применяются жаростойкие газоплотные стеклоэмалевые покрытия.

Ключевые слова: жаростойкие эмалевые покрытия, коррозионностойкие стали, жаропрочные сплавы.

Сопротивляемость коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов воздействию продуктов сгорания топлива зависит от химического состава материала, влияния примесей топлива, температуры и продолжительности воздействия, а также циклического нагружения на работающие конструкции.

При неполном сгорании некоторых топлив в продуктах сгорания всегда содержатся соединения углерода (оксид углерода, углеводороды и др.), что приводит к отложению на поверхности металлических конструкций продуктов термического разложения углеводородных горючих (нагар, сажа).

ЛИТЕРАТУРА

с. 7-10.

При повышенном количестве серы в топливе сернистый газ или сероводород оказывает сильное разрушающее действие на стали и сплавы, содержащие никель и кобальт. Происходит охрупчивание материалов из-за образования легкоплавких соединений (N1385, МБ, БеБ и др.), что снижает стойкость металлов к коррозии и их жаростойкость.

Особенно сильное разрушение идет по границам зерен, а также в глубь материала -вплоть до сквозного поражения.

В присутствии ионов хлора коррозионностойкие стали в интервале температур 600-850°С склонны к межкристаллитной коррозии и разрушению.

Удельная потеря массы образцов из жаропрочных никелевых сплавов при температуре 850°С в течение 1 ч при воздействии агрессивных компонентов топлива (соединения серы и хлоридов) составляет 930-1084 г/м". Удельная потеря массы коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов в топливе ТС-1 представлена на рис. 1. При перекачке топлива Т-15 через теплонагру-женные элементы летательных аппаратов в результате термодеструкции топлива (пиролиза) имеет место налипание компонентов топлива - коксоотложение на внутренней поверхности конструкций.

Высокие температуры и продолжительная работа теплонапряженных элементов из коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов приводят к изменению поверхностных слоев металлических конструкций (обезлегирование, окисление, коррозионное разрушение) и к снижению их эксплуатационных свойств.

Вредное влияние на металлическую подложку оказывают частицы золы, в которой после сгорания нефтепродуктов обнаруживается присутствие пятиокиси ванадия (У205 с температурой плавления 675°С), что резко снижает жаростойкость сплавов и приводит к их разрушению.

Для защиты от коррозионного воздействия продуктов сгорания топлива тепло-нагруженных элементов из коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов разработаны жаростойкие стеклоэмалевые покрытия на основе силикатных систем, уплотненные крупными катионами щелочноземельных металлов.

Жаростойкие, газоплотные стеклоэмалевые покрытия обладают минимальной склонностью к воздействию продуктов сгорания топлива и минимальным коксоотло-жением. При этом скорость отложения продуктов сгорания топлива не зависит от материала подложки, так как покрытие выполняет изолирующую функцию, т. е. исключается контакт конструкционного материала с топливом.

На рис. 2 представлены данные по потере массы образцов из жаропрочного никелевого сплава в зависимости от содержания ванадия в топливе. Как видно из приведенных данных, применение жаростойкого стеклоэмалевого покрытия снижает удельную потерю массы образцов в 6-8 раз.

920 940 960 980 1000 1020

Температура на выходе газового потока, °С

Рис. 1. Стойкость коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов в топливе ТС-1:

♦ - высокохромистый никелевый сплав;  - никелевый сплав;  - коррозионностой-кая сталь

0 12 3 4

Содержание ванадия в топливе, %

Рис. 2. Окисляемость жаропрочного никелевого сплава с эмалевым покрытием

Температура, °С

Рис. 3. Температурная зависимость скорости коксоотложения и^ на кварце

Исследование влияния жаростойких эмалевых покрытий на снижение уровня коксоотложения при прокачке компонентов топлива Т-15 в интервале температур 700-800°С через образцы из коррозионностойких сталей и жаропрочных сплавов, имитирующие участок теплонапряженных элементов летательных аппаратов, показало:

- при увеличении температуры с 700 до 800°С за 1 ч коксоотложение на металлической поверхности увеличивается с 30 до 250 мг;

- применение эмалевого покрытия позволило снизить коксотложение в 50-60 раз.

Температурная зависимость скорости коксоотложения на разных подложках представлена на рис. 3.

Высокотемпературные жаростойкие эмалевые покрытия на основе экологически чистых, недефицитных компонентов, полученных по традиционной шликерно-обжиговой технологии, обеспечивают работоспособность и ресурс теплонагруженных элементов летательных аппаратов при воздействии продуктов сгорания топлива.