Исследование влияния физико-химических свойств вакуумных ионно-плазменных покрытий на повышение износостойкости конструкционных материалов энергетического оборудования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

ТЕР-АРУТЮНОВ Богдан Григорьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ВАКУУМНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

01 04.14 - «Теплофизика и теоретическая теплотехника» 05.04 12 - «Турбомашины и комбинированные турбоустановки»

Специальности:

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических нг

Москва - 2005

Диссертация выполнена на кафедре низких температур Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

РЫЖЕНКОВ Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты.

доктор технических наук, профессор ФЕДОРОВ Владимир Алексеевич, доктор технических наук, профессор ПАНФИЛОВ Юрий Васильевич

Ведущая организация:

ФГУП НИИ вакуумной техники им. С А. Векшинского

Защита диссертации состоится « 25 >> ноября 2005 года в 10 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212 157 04 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: Москва, Красноказарменная ул, дом 17, корп Т, каф инженерной теплофизики МЭИ(ТУ), комн. Т-206.

Отзывы, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый Совет МЭИ(ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ(ТУ).

Автореферат разослан ¿'C'ftii^uC 2005 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 ! 57.04, к ф -м н., доцент

В.И Мика

Шг 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ресурс работы элементов энергетического оборудования (ЭЭО) в существенной степени зависит от интенсивности протекания характерных видов износа, таких как каплеударная и кавитационная эрозия, коррозия, абразивный износ, эрозия-коррозия.

В наиболее неблагоприятном положении оказались элементы проточной части паротурбинных установок. Для турбин большой мощности чрезвычайно актуальна проблема каплеударной эрозии и коррозии рабочих лопаток (РЛ) последних влажнопаровых ступеней Каплеударное разрушение поверхностных слоев металла приводит к значительному снижению срока службы РЛ, реальный ресурс которых в среднем составляет около 50 тыс. ч., что в 2 раза меньше проектного Абразивный износ твердыми частицами, характерный для сопловых и рабочих лопаток ЦВД и ЦСД, приводит к разрушению материала лопаток и их преждевременной замене Коррозионным и эрозионным повреждениям также в существенной степени подвержены диски и роторы, корпуса, обоймы, диафрагмы паровых турбин.

На сегодняшний день, накоплен большой опыт борьбы с эрозией и коррозией ЭЭО, но проблема износа в полной мере не решена. Отсутствие универсальных, надёжных и недорогих методов борьбы, низкая эффективность существующих методов обуславливает актуальность данной работы.

В последние годы предпринимаются достаточно активные попытки разработки и внедрения в практику способов повышения износостойкости ответственных ЭЭО за счет формирования на рабочих поверхностях защитных износостойких покрытий. Разработано много разновидностей защитных покрытий, однако. большинство из них, оказались неэффективными в энергетике из-за наличия жестких требований, в частности, обеспечения одновременно высокой эрозионной и коррозионной стойкости покрытий без изменения (ухудшения) прочностных свойств конструкционного материала (КМ), защиты всей поверхности изделия и сохранения эффективности покрытий при эксплуатационном уровне напряжений. Наиболее перспективными для решения проблемы износа ЭЭО оказались вакуумные ионно-плазменные покрытия (ИПГ1). Эффективность таких покрытий в существенной степени зависит от условий их формирования. Актуальность настоящей работы обусловлена в первую очередь недостаточным уровнем знаний о взаимосвязи условий формирования, физико-химических, механических свойств, структурой и эрозионной стойкостью покрытий, отсутствием технологии формирования универсальных износостойких ИПП.

Цель работы.

1. Анализ современного состояния проблемы повреждаемости ЭЭО;

2. Определение теплового режима формирования ИПП в вакууме;

3. Определение влияния условий формирш^^я^ЩЦ^д^^дме на их физико-химические свойства,

№

БИБЛИОТЕКА. | С Пет

4. Разработка методики расчета толщины ИПГТ на поверхностях длинномерных изделий сложной конфигурации;

5. Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на микротвердость, структуру, морфологию поверхностного слоя и эрозионную стойкость конструкционных материалов при каплеударном воздействии:

6. Исследование влияния толщины покрытий на основе титана и нитрида титана на эрозионную стойкость конструкционных сталей;

7. Определение эрозионной стойкости композиционных ИПП, полученных чередованием слоев титана и нитрида титана;

8. Разработка технологических основ формирования износостойких композиционных покрытий на поверхностях элементов энергетического оборудования, эксплуатирующихся в условиях одновременного воздействия повреждающих факторов

Научная новизна.

• Определен тепловой режим процесса формирования ИПП в вакууме;

• Разработана методика расчета толщины ИПП на изделиях сложной конфигурации с целью оптимизации расположения их в вакуумной камере;

• Впервые установлено влияние концентрации атомов азота в покрытии TiN на его микротвердость, структуру, морфологию и эрозионную стойкость при каплеударном воздействии;

• Впервые определено влияние толщины покрытий Ti и TiN на эрозионную стойкость при каплеударном воздействии:

• Впервые показано влияние структуры многослойных ионно-плазменных покрытий с чередующимися слоями Ti и TiN на эрозионную стойкость при каплеударной эрозии.

Методы исследования. Для реализации поставленных в работе задач были применены современные методы исследований и оборудование.

Вакуумные ИПП формировались на установке «TÍNA900» (производство Германии) Температура образцов измерялась с помощью специально разработанной термопары, работающей в условиях сильных электромагнитных полей и высоких напряжений на изделии

Микроструктура и механические свойства покрытий исследовались с использованием оптического инвертированного микроскопа отраженного света Axiovert 25 CA фирмы «Carl Zeiss» с микротвердомерной приставкой МНТ-10 для измерения микротвёрдости по Виккерсу Морфологические особенности покрытий изучались на РЭМ BS-300 TESLA и атомно-силовом SOLVER PRO микроскопах

Толщина покрытий определялась с использованием металлографических шлифов, а также с помощью толщиномера MiniTest 2100

Исследования химического состава покрытий осуществлялись с использованием атомно-эмиссионного спектрометра тлеющего разряда SA-2000 фирмы "LECO", позволяющем измерять концентрацию элементов or поверхности вглубь образца'

Для определения особенностей кристаллического строения покрытий использовался универсальный просвечивающий микроскоп УЭМВ-100К.

Эрозионная стойкость защитных покрытий исследовалась на уникальном эрозионном стенде роторного типа «Эрозия» МЭИ(ТУ).

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны технологические основы формирования защитных ИПП, позволяющих существенно повысить износостойкость КМ энергетического оборудования и способных противостоять каплеударной эрозии и коррозии.

Разработанные многослойные износостойкие покрытия были сформированы на опытных партиях эксплуатирующихся в настоящее время РЛ турбин мощностью 60, 130, 135 и 250 МВт, а также элементов запорной и регулирующей арматуры.

Достоверность и обоснованность результатов. Экспериментальные исследования осуществлены с применением аттестованных измерительных устройств и апробированных методик измерения. Достоверность результатов подтверждена повторяемостью значений толщины, химического состава, микротвердости и эрозионной стойкости покрытий при каплеударном воздействии.

Произведена оценка систематической и случайной погрешности измеряемых физических величин. Для интерпретации результатов рассчитана случайная погрешность прямых измерений потери массы с образцов при каплеударной эрозии, толщины, микротвердости покрытий. Кроме того, осуществлена оценка погрешности косвенных измерений площади эродированной поверхности, средней глубины эрозионного износа, массы воды, выпавшей на единицу поверхности образца, длительности инкубационного периода, скорости соударения, определена методическая погрешность измерения температуры поверхности конденсации.

Кривые кинетики эрозионного износа стали 20X13 с покрытиями, определенные в результате исследований, имели явно выраженные характерные для большинства конструкционных материалов периоды эрозионного износа.

Личный вклад автора. Автором были поставлены цели и задачи исследований, для решения которых, в составе научно-исследовательской группы, было осуществлено формирование ИПП и определены их физико-химические. механические и функциональные свойства. Непосредственно автором был модернизирован экспериментальный стенд для определения эрозионной стойкости материалов и покрытий, осуществлены экспериментальные исследования эрозионной стойкости покрытий. Автором разработана методика расчета распределения толщины покрытий по поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации и подходы к оптимизации расположения их в вакуумной камере. При участии автора были осуществлены натурные испытания разработанных в работе многослойных покрытий.

Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались на следующих научно-технических конференциях,

симпозиумах и семинарах: IX, X междунар. студ. школа-семинар «Новые информационные технологии» (г. Судак), IX, XI науч.-тех. конф. «Вакуумная наука и техника» (г. Судак), XIII, XIV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (г. Черноголовка), IX, XI междунар. науч.-техн конф. студентов и аспирантов (г. Москва), VI междунар. науч.-практ конф.«Энергопотребление и энергосбережение проблемы, решения» (г Пермь), VI междунар. практ конф.-выставка «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г Санкт-Петербург), XX Российская конф. по электронной микроскопии (г, Черноголовка).

Публикации. Основные результаты научных исследований изложены в 12 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 15 таблиц и библиографию из 110 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы износа ЭЭО, показана перспективность применения вакуумных ИПП для решения данной проблемы. Сформулированы цели, задачи, основные положения работы

Диссертационная работа посвящена изучению взаимосвязи условий формирования ИПП в вакууме, температуры конденсации ИПП. их толщины, состава, структуры, морфологии, микротвердости и эрозионной стойкости при высокоскоростном каплеударном воздействии.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы повреждаемости ЭЭО, износ которого по современным представлениям понимается как сложный процесс разрушения поверхностных слоев КМ под действием ударов капель, струек, твердых частиц, транспортируемых паром и влажнопаровым потоком.

Различным видам износа подвержены элементы всего теплотехнического оборудования электрических станций. Практически все виды износа имеют место в турбинах, элементы проточной части которых подвергаются эрозионному, эрозионно-коррозионному и различным видам коррозионного воздействия. Анализ публикаций и опыта эксплуатации теплотехнического оборудования ТЭС и АЭС показывает, что с определенной степенью условности применительно к турбинам можно выделить следующие наиболее существенные виды износа конструкционных материалов: коррозия (различные формы), каплеударная эрозия, абразивная эрозия, эрозия-коррозия, коррозионное растрескивание металла под напряжением.

Наиболее нагруженными с точки зрения каплеударного разрушения оказ&чись РЛ последних ступеней мощных паровых турбин Традиционно применяемые лопаточные стали (20X13-111. 15Х11МФ-Ш. ЭП291. 12X13-111)

не обладают достаточной стойкостью к воздействию каплеударной эрозии, поэтому проблема повреждаемости PJ1 турбин весьма актуальна.

Анализ литературы показал, что разработанные методы борьбы с эрозией РЛ и прочих ЭЭО не решают проблему в целом Так, например, наиболее распространенный способ - приварка или припайка стеллитовых пластин, для защиты входных кромок РЛ от каплеударной эрозии обладает рядом существенных недостатков: стеллитовые пластины могут отделяться от поверхности лопаток в местах припайки. В случае их отрыва, износ лопаток происходит в 2-4 раза быстрее и, тем самым, обуславливает их преждевременную замену, а также приводит к повреждениям трубок конденсатора и аварийным остановам турбин.

Наиболее перспективным методом повышения износостойкости ЭЭО является применение вакуумных ИГГП на основе TiN и других нитридов, карбидов и карбонитридов тугоплавких металлов. Для разработки технологии нанесения таких покрытий необходимо исследование влияния условий их формирования на функциональные свойства В этой связи, особого внимания заслуживают известные автору работы Барвинка В А., Бяковой А.В , Будилова В.В., Смыслова A.M., Филиппова A.M., Марея А.Р . Мрочека Ж.А , Рыженкова В.А , Картмазова Г.Н , Семенова А.П. и других авторов Исследования, проводимые ими, свидетельствуют о существенном влиянии условий формирования ИПП на их толщину, состав, структуру и служебные свойства. Так, например, температура формирования (Т) и давление реактивных газов (Р), потенциал смещения на изделии (UC4) существенно влияют на структуру вакуумных конденсатов на основе TiN Условия формирования и физико-химические свойства сверхтвердых ИПП влияют на остаточные внутренние напряжения в покрытии, при снижении которых может уменьшаться твердость покрытий и их износостойкость. Например, в результате исследований кавитационной стойкости покрытий системы (Ti, Cr, Nb)-C, абразивной стойкости нестехиометрических покрытий TiN было показано существенное влияние атомарной концентрации и толщины покрытий на служебные свойства.

Показана перспективность применения различных многослойных ИПП, известны, например, антиэрозионные покрытия с чередующимися слоями W и WCX Исследования, проводимые в МЭИ(ТУ) вакуумных ИПП показали перспективность многослойных покрытий системы Ti-TiN, способных одновременно противостоять каплеударной эрозии и коррозии

Анализ предыдущих исследований показал недостаточный уровень знаний о влиянии физико-химических, механических свойств ИПП TiN и композиционных покрытий с чередующимися слоями Ti и TiN на эрозионную стойкость при каплеударном воздействии. На основании проведенного анализа были поставлены цели и задачи исследований.

Во второй главе приводится описание экспериментального оборудования и методик проведения исследований.

Приведена методика формирования ИПП В установке реализован метод электродугового испарения в вакууме. Процесс формирования ИПП состоит

из трёх стадий: нагрев изделия электронным ударом, ионная очистка поверхности и непосредственно формирование покрытия.

Приведена методика проведения эрозионных испытаний на каплеударном стенде «Эрозия» МЭИ(ТУ). которая включает в себя методику сравнительных экспресс-испытаний и методику проведения испытаний с целью получения кинетических кривых эрозионного износа Осуществлена модернизация генератора капель с целью получения более стабильных характеристик монодисперсного капельного потока.

В третьей главе определен диапазон температур формирования покрытий 1ГЫ, при котором достигается высокая эрозионная стойкость КМ при неизменности прочностных характеристик подложки. Для обеспечения данного условия был определен тепловой режим процесса формирования ИПП. На основе моделирования осаждения покрытий в вакууме разработана методика расчета толщины покрытий на поверхностях длинномерных изделий сложной конфигурации.

200 250 300 X, МИН

Рис 1 Изменение температуры образцов в процессе формирования покрытия при их разчичном расположении в вакуумной камере 1-испаритель, 2-вакуумная камера, гг электронный нагрев; т2 -ионная отчистка, г3 -формирование покрытия, г- расстояние между образцом и осью вакуумной камеры

Показано, что при формировании покрытий электродуговым испарением на установке с сосредоточенным источником имеет место существенная неравномерность температуры поверхности конденсации на начальных стадиях процесса и распределения толщины ИПП на изделии На рис 1 приведена зависимость температуры поверхности конденсации от

времени и ее пространственного расположения в вакуумной камере установки. Существенная неравномерность температур образцов наблюдается на стадиях электронного нагрева и ионной очистки В процессе формирования ИПП температура образцов отличается незначительно и находится в диапазоне 240-280° С. В результате теплофизических исследований, было показано, что возможности варьирования температурой формирования ИПП на длинномерных изделиях в условиях установки с сосредоточенным источником крайне ограничены.

Проведены исследования эрозионной стойкости ИПП, показано, что высокая эрозионная стойкость ИПП обеспечивается при температурах осаждения не менее 330°С, а верхняя граница температурного диапазона ограничена значением 500°С, обусловленная требованием неизменности структуры и механических свойств КМ.

Одним из важнейших параметров ИПП является ее геометрическая толщина. С ее ростом наследуются и развиваются начальные дефекты структуры, появляются микротрещины, возрастает напряженное состояние, снижающее функциональные свойства защитного слоя. Тонкие покрытия обладают низкой коррозионной и эрозионной стойкостью. В этой связи, обеспечение оптимальной толщины защитных покрытий весьма важно при разработке технологии формирования ИИП.

При формировании ИИП электродуговым испарением в вакууме их толщина на различных участках длинномерных изделий ЭЭО может отличаться, что обусловлено неравномерностью плотности потока конденсирующихся частиц. На распределение толшины покрытия по поверхности изделия существенно влияет его расположение в вакуумной

Ь, мкм

30

*—*——

5 0

0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05

X, м

Рис 2 Расчетное распределение толщины покрытия на входной кромке рабочей лопатки при разчичном ее расположении в вакуумной камере ■ -Н,=0 15 м Я2=0 25 м ♦ - Я-0 30 и Я2=0 40 м, А - Я,=0 45 м Я2=0 55 м

Рабочая лопатка

¿«1 тй-

¡ев

X

Я А

к 4

<

© к Испарите, 1Ь

/

Вакуумная камера

камере Поэтому при формировании ИИП на РЛ паровых турбин необходимо определить ее оптимальное расположение.

На основе метода имитационного моделирования (Монте-Карло пробной частицы) разработана программа расчета распределения толщины покрытия на поверхности изделий сложной конфигурации, позволяющая оптимизировать их расположение в вакуумной камере. На рис. 2 показано расчетное распределение толщины покрытия на входной кромке РЛ при различном ее расположении в вакуумной камере. С уменьшением расстояния от испарителя до РЛ увеличивается неравномерность и значение толщины покрытия Было определено оптимальное положение РЛ, при котором средняя толщина покрытия на периферийной входной кромке составляет 12 мкм (см. рис. 2, Н 1=0 30 Н2^0.40) Экспериментальное распределение толщины покрытия согласуется с расчетным (рис 3, в), что позволяет рекомендовать разработанную методику для оптимизации расположения длинномерных изделий сложной геометрии при формировании покрытий на подобных установках.

Рис 3 Расчетное распределение толщины покрытия по поверхности рабочей лопатки турбины(а) б- поперечное сечение лопатки, в-расчетное(я) и экспериментачъиое(к.) распредечепие толщины покрытия на входной кромке чопатки

Задача оптимизации длинномерного изделия в вакуумной камере усложняется необходимостью обеспечения заданной толщины покрытия на

различных участках детали, например, на периферийной входной кромке РЛ и на выходной кромке в прикорневом сечении Разработанная методика позволяет решать подобные задачи

Свойства ИПП в существенной степени зависят от условий их формирования в вакууме, в частности, давления реактивных газов, температуры поверхности конденсации, потенциала смещения на изделии. Эти параметры, в свою очередь, определяют степень стехиометрии и скорость роста покрытия Показано влияние перечисленных выше параметров на содержание атомов азота в ИПП на основе "ПЫ. Разработанная методика была применена для расчета распределения степени стехиометрии покрытия по поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации.

Для учета влияния условий формирования ИПП ПК' на концентрацию атомов азота в нём и скорость роста покрытия были осуществлены расчеты на основе физической модели плазмохимического синтеза нитридных покрытий в вакууме (рис. 4) Исходный поток ионов и атомов металла

Рис.4 Плазмохимический синтез нитридных покрытий в вакууме 1-адсорбированный слой, V?- молекулы азота; 77- атомы титана; Т1 - ионы титана, _/;, ¡2, /У плотности потоков массы адсорбированных десорбированных и хемосорбированных частиц одного сорта.

направляется на поверхность конденсации, находящейся под отрицательным потенциалом ис„ и располагающейся в вакуумной камере в атмосфере азота при некотором давлении Р, обеспечивающем кнудсеновский или близкий к кнудсеновскому режим прохождения плазменного потока. Таким образом, на поверхность конденсации падает суммарная плотность потока исходных частиц, состоящих из нейтральных молекул азота, агомов титана, ионов титана и азота

Атомы и молекулы, прошедшие кинетическую и термическую аккомодацию захватываются поверхностью и переходят в адсорбированное состояние Попадая в адсорбированный слой I (рис 4) с плотностью ^

частицы десорбируются с плотностью )2 и в результате термической и нетермической активации процессов миграции оставшаяся их часть хемосорбируются с плотностью ]3, достраивая кристаллическую решетку покрытия. На основе закона сохранения массы, баланс частиц одного сорта в адсорбированном слое определялся следующим соотношением:

с1п

— У,-Л-Уз 0)

где п- поверхностная плотность частиц в адсорбированном слое; 1- время.

В результате решения системы уравнений баланса атомов титана, молекул и атомов азота в адсорбированном слое, определено влияние давления реактивного газа и температуры поверхности конденсации на степень стехиометрии (х) в соединении ТП^ и скорость роста нитридного покрытия (V), рассчитываемые из соотношений:

~г N

Уз

~ ¡1 N

т} +хт2

(3)

-г п

где Уз , Уз - приведенные плотности потоков атомов титана и азота, формирующих покрытие, с учетом распыления и десорбции титана и азота из кристаллической фазы, Ш|, ш2 - масса атомов титана и азота; (X - постоянная кристаллической решетки

Стехиометрический нитрид титана может быть получен в широкой

— \ — и

области параметров, а также при условии у3 > у3 (2), однако, качество

такого нитрида без должной оптимизации режима будет низким, чаще всего из-за превышения плотности потока атомов азота своего оптимального значения. Для обеспечения этого условия, в рамках модели, с учетом условий, реализованных в экспериментальной установке и требований, предъявляемых к покрытиям в энергетике, определены режимы напыления нитрида титана, которые характеризуются парциальным давлением азота Р^ 2-3 мПа и температурой формирования Т>330 °С.

Осуществлены расчеты для случая формирования покрытия на поверхности рабочей лопагки турбины в вакуумной камере установки с сосредоточенным источником, в результате которых определено распределение концентрации азота в покрытии ТМ по поверхности рабочей лопатки. Плотность потока атомов титана, падающего на поверхность

конденсации (плотность потока /| в соотношении (1) ), определялась методом Монте-Карло пробной частицы, молекул азота - по формуле Герца-Кнудсена Для условий экспериментальной установки показана, существенная неравномерность распределения атомарной концентрации азота в ИПП Т^ на поверхности длинномерного изделия, что обуславливает

необходимость оптимизации расположения изделия и параметров процесса формирования ИПП по критерию оптимального атомарного содержания реактивного газа в нём и скорости роста ИПП.

Задача разработки адекватной методики такой оптимизации для установок с сосредоточенным источником, в которых при формировании покрытий наблюдается существенная неравномерность плотности потока конденсирующихся частиц, весьма актуальна и требует дальнейших исследований

Ограниченные возможности варьирования температуры формирования ИПП, неравномерность толщины и состава покрытий, отсутствие возможности управления соотношением плотности конденсирующихся частиц металла и реактивного газа явились причиной модернизации установки с целью упрочнения длинномерных изделий энергетического оборудования и решения поставленных в работе задач.

В четверюй главе представлены результаты экспериментальных исследований влияния атомарной концентрации азота в покрытии Т^ на микротвердость, структуру, морфологию ИПП Т^ и эрозионную стойкость стали 20X13 при каплеударном воздействии. Определено влияние толщины покрытий Т1 и Т)'Ы на эрозионную стойкость стали 20X13. Определена эрозионная стойкость многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев И и Т1ТЧТ.

вакууме (а) и измерение температуры поверхности конденсации при различных режимах работы установки (б) 1-вакуумная система, 2-вакуумная камера, 3- охчаждающая почость магнетронов; 4-датчик давления; 5- поверхность конденсации■ б- магнетрон (мишень), 7-охлаждаемая ловушка. 8- натекатели газа, 9- крепление светоприемника, 10- система охлаждения, //- светопроводящий кабепь. БПМ- блок питания магнетронов БПС- блок питания смещения, СУРГ- система управчения расходом газов; 12 13,14- работа в режиме одного .магнетрона, 15.16- двух магнетронов, 12- (Л„=0, <рпшл=0- 13- и,и=0, <Рпш,.Ф0; 14- И,ф0, 15- <рпш(£0,

16- и.^о

В рамках работы осуществлена модернизация установки для нанесения покрытий, в результате которой изменен способ генерации плазменного потока исходных частиц.

На рис 5 (а) приведена схема модернизированной установки для формирования покрытий методом магнетронного распыления в вакууме В качестве материала покрытия использовался титан марки ВТ 1.0. Под действием отрицательного потенциала, создаваемого БМП1 и БПМ2, ионизированные атомы аргона ускоряются, распыляя исходный материал покрытия Распыленные атомы титана взаимодействуют с атомами реакционного газа у поверхности подложки 5, к которой прикладывается отрицательный потенциал смещения (UCM). Инертный газ аргон и реактивные газы подаются в вакуумную камеру через натекатели 8, расход которых контролируется СУРГ.

Определены тепловые режимы формирования ИПП (рис 5, б) Был выбран тепловой режим, характеризующийся следующими параметрами' t=495°C , иьм=72В При данных условиях достигаются высокая эрозионная стойкость КМ. а процесс осаждения покрытий не вызывает изменение прочностных свойств КМ.

Покрытия формировались на специальных образцах, выполненных из термообработанной лопаточной стали 20X13. Перед формированием ИПП проводилась отчистка поверхности ионами газоразрядной плазмы в среде аргона. Покрытия TiN с различной атомарной концентрацией азота были получены путем изменения расхода реактивного газа азота через натекатель 8 (рис 5, а), при этом толщина покрытий оставалась неизменной и составляла 6-7 мкм. Толщина покрытий Ti и TiN изменялась варьированием времени процесса, а композиционные покрытия с чередующимися слоями Ti и TiN были получены путем периодического напуска азота в вакуумную камеру.

3000 24)0 2000 14)0 1000 4)0

0 10 20 ÎU 40 4) 00

ат °о

Рис 6 Зависимость микротверОости от соОержания атомов азота в покрытии TiN 1- автор, 2-Albert Sue, Henry Troue

Исследования ИПП показали существенное влияние концентрации атомарного азота на микротвердость, структуру, морфологию и кинетику эрозионного износа покрытий при каплеударном воздействии На рис 6 приведено влияние атомарной концентрации азота в покрытиях ТГЫ на их микротвердость Зависимость микротвердости покрытий от атомарного содержания азота в нем имеет характерный оптимум, соответствующий, 2030 ат. %, а значение микротвердости превышает 3000 кгс/мм2.

В результате экспериментальных исследований на каплеударном стенде МЭИ(ТУ) были получены кинетические кривые эрозионного износа ИПП, которые приведены на рис 7. В результате анализа данных кривых

П1-104. кг ГкГ

Рис 7 Влияние атомарной концентрации азота в покрытии ТМ на кинетику эрозии стали 20X13 при кате\дарном воздействии а- схема взаимодействия образца с кашями вооы С\, -250 м/с, с1, -800 мкм, ¡¡<=5с1ь б-типичная кривая кинетики эрозионного износа

определено влияние концентрации атомов азота в покрытиях на инкубационный период стали 20X13 и максимальную скорость эрозии при каплеударном воздействии (рис. 8). Как видно из приведенных зависимостей, с уменьшением концентрации атомов азота в покрытии "ПЫ значение т0

увеличивается, а максимальная скорость износа Ем уменьшается. На рисунке показаны микрофотографии исходной поверхности покрытий до каплеударного разрушения.

П1о'104. кг/м2

Ем'Ю ,м 'кг

— I 1 X. •<! 1 I б

1 >. . . Т* А /

40 50 ат %

Рис 8 Влияние концентрации атомов азота в покрытии ТМ на величину инкубационного периода (а) и максимальную скорость эрозии (б)

В результате исследований на оптическом, растровом, атомно-силовом микроскопе было установлено, что концентрация атомов азота в покрытии ТТЫ существенно влияет на морфологию поверхностного слоя. Увеличение содержания азота приводит к нарушению сплошности покрытий, появлению пористости, увеличению шероховатости поверхности и размеров кристаллитов структуры, что обуславливает ухудшение функциональных свойств исследуемых ИПП

Максимальной эрозионной стойкостью при капле>дарном воздействии обладают покрытия, содержащие не более 20 ат. % азота. Высокая микротвердость таких покрытий позволяет рекомендовать их для защиты поверхностей, эксплуатирующихся в условиях абразивного износа.

Исследовано влияние толщины ИИП покрытий на эрозионную стойкость при каплеударном воздействии жидкости. На рис. 9 показана зависимость длительности инкубационного периода исследуемых покрытий от их толщины Очевидно, что оптимальными с точки зрения высокой эрозионной стойкости являются покрытия на основе И толщиной 6-8 мкм, которые повышают длительность инкубационного периода стали 20X13 в 4 раза. Увеличение толщины нитридного покрытия более 9 мкм приводит к снижению эксплуатационных свойств конструкционного материала.

11. мш

Рис 9 Влияние толщины ионно-плазменных покрытий на величину инкубационноро периода процесса эрозии стали 20X13 при каплеударном воздействии • 1- покрытие 77. 2- покрытие Т1Ы

Дальнейшее увеличение износостойкости однослойных покрытий путём варьирования содержания азота и толщины мало перспективно. Добиться более высоких показателей возможно путем формирования многослойных покрытий с различной комбинацией слоев. Такие покрытия обладают универсальными свойствами и обеспечивают лучшую защиту по сравнению с однослойными ИПП, а возможности оптимизации таких покрытий существенно шире.

В работе представлены результаты исследований многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев Т1 и Т11М Определена относительная эрозионная стойкость однослойного покрытия ТМ толщиной 6 мкм. двухслойного ТьТПМ 11 мкм. четырехслойного 12 мкм и десятислойного 36 мкм На рис 10 приведена гистограмма относительной эрозионной стойкости исследованных в работе композиционных покрытий. На основе анализа полученных данных можно сделать вывод о том. что увеличение количества слоев в многослойном покрытии, при прочих равных условиях, приводит к возрастанию эрозионной стойкости конструкционного материала С увеличением толщины композиционного покрытия снижается его износостойкость. Обнаружено оптимальное четырехслойное покрытие толщиной 12 мкм, позволяющее повысить инкубационный период стали 20X13 при каплеударном воздействии в 8-9 раз Геометрическая толщина композиционных покрытий, толщина слоёв и их свойства существенно влияют на эрозионную стойкость при каплеударном воздействии. Более детальные исследования влияния перечисленных характеристик на эрозионную стойкость КМ является задачей дальнейших исследований

На основании проведенных экспериментальных исследований разработаны технологические основы формирования композиционных

покрытий, которые были сформированы на опытной партии рабочих лопаток паровой турбины мощностью 250 МВт для проведения натурных испытаний.

Рис. 10 Относительная эрозионная стойкость многослойных ионно-плазменных покрытий с различной комбинацией слоев 77 и ТгЫ

После 7723 часов эксплуатации турбины был произведен визуальный контроль и измерение величины эрозии входных кромок исследуемых лопаток. Эффективность покрытий была подтверждена результатами натурных испытаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании результатов теплофизических исследований определен тепловой режим процесса формирования ИПП, который для стали 20X13 характеризуется температурным диапазоном 330-500 °С;

2. На основе метода Монте-Карло пробной частицы разработана методика расчета оптимального распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации;

3. На основе математического моделирования плазмохимического синтеза покрытий в вакууме, определено влияние давления реактивных газов Р и температуры поверхности конденсации Т на степень стехиометрии и скорость роста покрытий Для формирования эрозионно-стойких ИПП на основе ТМ, предпочтительными являются режимы напыления при Р<2-3 мПа и температуре поверхности конденсации Т>330 °С;

4. Показано влияние концентрации атомов азота в покрытии ЛЫ на его микротвердость, структуру, морфологию. При содержании азота 20-30 ат.% микротвердость защитного слоя максимальна, а ее значение превышает 3000 кгс/мм2;

5. Впервые определена эрозионная стойкость стали 20X13 с защитным покрытием при различной концентрации атомов азота в нем.

Максимальной эрозионной стойкостью обладают покрытия, содержащие не более 20 ат. % азота:

6 Впервые исследовано влияние толщины покрытий Т(" и Т1'Ы на эрозионную стойкость стали 20X13 Оптимальными являются покрытия "П толщиной 6-8 мкм. которые повышают длительность инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 4 раза;

7. Определена эрозионная стойкость композиционных покрытий. Показано, что с уменьшением толщины и увеличением количества слоев в многослойном покрытии при прочих равных условиях эрозионная стойкость конструкционных материалов возрастает Разработано четырехслойное покрытие общей толщиной 12 мкм, обеспечивающее повышение инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 8-9 раз;

8. Разработаны технологические основы формирования многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев "Л и ИМ;

9. В результате натурных испытаний многослойных ИПП, сформированных на рабочих лопатках турбины мощностью 250 МВт, подтверждена их эффективность в реальных условиях эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Тер-Арутюнов Б. Г. Расчёт распределения толщины износостойкого покрытия на лопатке турбины ПТ-100-130 при ионно-вакуумном напылении // IX Международная студенческая школа-семинар «Новые информационные технологии»: Тез. докл май 2001 г-Судак, 2001.-С 102

2. Тер-Арутюнов Б. Г Расчёт и оптимизация толщины и стехиометрического состава нигридных покрытий на основе моделирования процессов плазменного напыления в вакууме X Международная студенческая школа-семинар «Новые информационные технологии»: Тез. докл. май 2002 г.-Судак, 2002 - С 191-193.

3. Рыженков В. А. Качалин Г В. Тер-Арутюнов Б. Г. Моделирование процесса формирования вакуумных ионно-плазменных покрытий заданного стехиометрического состава // IX науч -техн конф с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника»: Тез докл. сентябрь 2002 г,-Судак, 2002,- С. 59-60.

4. Качалин Г. В. Васильева Н. Д. Тер-Арутюнов Б. Г Исследование структурных особенностей антиэрозионных ионно-плазменных покрытий для элементов энергетического оборудования // XIII Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел-Тез докл. 2-4 июня 2003 г.-Черноголовка, 2003.-С 135.

5. Тер-Арутюнов Б. Г. Моделирование процесса формирования защитных покрытий в вакууме для повышения износостойкости элементов энер1етического оборудования Р IX Международная науч.-техн конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»' Тез. докл-М, 2003 -С. 23.

20 $18 6 7 8

6. Рыженков В. А. Качалин Г. В., Старикова О. В., Тер-Аруткж-- ^ Применение вакуумных ионно-плазменных покрытий для по1 ОПП^)-4

надёжности и ресурса энергетического оборудования /' VI Между!----

науч.-практ конф. «Энергопотребление и энергосбережение: п] 1 С ДО решения»: Тез. докл. 21-24 мая 2003 г.- Пермь, 2003.- С. 60-63. 1

7. Рыженков В.А.. Качалин Г.В., Погорелов С.И., Старикова О Арутюнов Б.Г Перспективы применения ионно-плазменных покрытий для повышения износостойкости элементов энергетического оборудования // Новое в российской энергетике.- 2004.-№ З.-С. 16-25.

8. Рыженков В.А.. Качалин Г.В., Погорелов С.И., Тер-Арутюнов Б.Г. К вопросу об эффективности защитных покрытий для повышения коррозионной и эрозионной стойкости конструкционных материалов энергетического оборудования // VI Международная практ. конф.-выставка «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций»: Сб. докл. 13-16 апреля 2004 г.-Санкт-Петербург. 2004,- С 45-51.

9. Качалин Г В. Васильева Н. Д Тер-Арутюнов Б. Г. Исследование влияния условий формирования на структуру антиэрозионных ионно-плазменных покрытий >' XX Российская конф. по электронной микроскопии: Тез. докл 1 июня-4 июля 2004 г.-Черноголовка, 2004.- С. 38.

10. Рыженков В.А., Качалин Г.В., Тер-Арутюнов Б Г. Повышение ресурса и надежности работы оборудования электрических станций посредством формирования износостойких покрытий на поверхностях ответственных элементов// IV Международная науч.-техн. конф. «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики»' Тез. докл.- М., 2004.- С 48-50.

11. Качалин Г В , Тер-Арутюнов Б.Г., Медников А.Ф., Куц И.А. Особенности формирования вакуумных ионно-плазменных покрытий для защиты длинномерных изделий энергетического оборудования // XI науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника»: Сб. докл. сентябрь 2004 г.-Судак, 2004,-С. 76-80.

12. Тер-Арутюнов Б. Г. Исследование эрозионно-стойких ионно-плазменных покрытий // XI Международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»' Тез. докл.- М„ 2005,- С. 63.

Полписано к печати {С *

Печ л ¿Я/)____

Отпечатано в Полиграфическом Центре МЭИ(ТУ)

шо к 1)£чати Н: (С1 СО ¡,гГ Печ л /,%/)_Тираж ? Ь ^_Зака;г/Д/

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность проблемы.

Цель работы.

Научная новизна.

Практическая ценность.

Автор защищает.

Достоверность полученных результатов.

Апробация работы.

Публикации.

Структура и объем работы.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Современное состояние проблемы повреждаемости элементов энергетического оборудования.

1.1.1 Эрозия конструкционных материалов энергетического оборудования вследствие высокоскоростного каплеударного воздействия.

1.2 Современные методы повышения износостойкости энергетического оборудования и анализ борьбы с различными видами износа.

1.2.1 Классификация методов борьбы с износом.

1.2.2 Пассивные методы борьбы с износом энергетического оборудования.

1.3 Анализ применения покрытий и их эффективности в энергетическом машиностроении.

1.4 Эрозионно- и коррозионно-стойкие вакуумные ионно-плазменные покрытия.

1.5 Физические основы процессов вакуумного ионно-плазменного формирования покрытий.

1.6 Влияние условий формирования на физико-химические, механические и функциональные свойства ионно-плазменных покрытий.

1.7 Постановка задачи исследований.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Экспериментальная установка и методика формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме.

2.1.1 Конструкция установки для формирования ионно-плазменных покрытий

2.1.2 Измерение температуры в установке для формирования ионно-плазменных покрытий.

2.2 Экспериментальный стенд и методика проведения экспериментальных исследований эрозии материалов и покрытий.

2.2.1 Кинетика процесса эрозии лопаточных материалов паровых турбин при ударном воздействии капель жидкости.

2.2.2 Описание экспериментального оборудования для определения эрозионной стойкости конструкционных материалов.

2.2.3 Методика проведения экспериментальных исследований эрозионной стойкости материалов и покрытий.

2.2.4 Модернизация эрозионного стенда МЭИ (ТУ).

2.3 Методика определения толщины покрытий на основе использования толщиномера МпиТев! 2100.

2.4 Методика определения химического состава и металлографические исследования лопаточной стали с ионно-плазменными покрытиями.

2.4.1 Исследования химического состава.

2.4.2 Металлографические исследования.

2.4.3 Измерения микротвердости.

2.5 Методика определения фазового состава ионно-плазменных покрытий.

ИТОГИ ГЛАВЫ 2:.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ.

3.1 Изучение закономерностей распределения температур в вакуумной камере установки для нанесения ионно-плазменных покрытий.

3.2 Определение теплового режима формирования ИПП.

3.3 Разработка методики расчета оптимального распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации.

3.3.1 Расчет распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации методом Монте-Карло пробной частицы.

3.3.2 Результаты расчетного и экспериментального распределения толщины покрытия на рабочей лопатке паровой турбины.

3.3.3 Определение оптимального распределения толщины покрытия на поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации.

3.4 Определение влияния условий формирования ИПП в вакууме на их физико-химические свойства.

3.4.1 Физическая модель процесса формирования вакуумных ионно-плазменных покрытий из нитридов металлов.

3.4.2 Постановка и решение математической модели заполнения адсорбированного состояния. Моделирование синтеза покрытий на поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации.

3.4.3 Определение влияния условий формирования ИПП на степень стехиометрии нитридного покрытия.

3.4.4 Определение влияния условий формирования ИПП на скорость роста покрытий.

ИТОГИ ГЛАВЫ 3:.

ГЛАВА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЭРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА.

4.1 Модернизация установки для формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме.

4.1.1 Схема модернизированной установки для формирования ионно-плазменных покрытий.

4.2 Экспериментальные образцы для исследований.

4.2.1 Образцы для определения кинетики эрозионного износа покрытий.

4.2.2 Образцы для исследования структуры и фазового состава покрытий.

4.3 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на микротвердость, структуру, морфологию поверхностного слоя и эрозионную стойкость стали 20X13.

4.3.1 Определение теплового режима формирования покрытий.

4.3.2 Формирование ионно-плазменных покрытий с различным атомарным содержанием азота.

4.3.3 Определение элементарного химического состава покрытий.

4.3.4 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на микротвердость поверхности конструкционного материала.

4.3.5 Определение структуры основного материала, структуры и морфологии ионно-плазменных покрытий TiN с различным атомарным содержанием азота

4.3.6 Исследование фазового состава ионно-плазменных покрытий TiN с различной концентрацией азота.

4.3.7 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на эрозионную стойкость конструкционного материала при каплеударном воздействии.

4.4 Результаты исследований влияния толщины покрытий на основе Ti и TiN на эрозионную стойкость конструкционных сталей.

4.5 Методы измерения основных величин и оценка погрешности измерений.

4.6 Определение эрозионной стойкости композиционных покрытий.

4.7 Разработка технологических основ формирования износостойких композиционных покрытий.

ИТОГИ ГЛАВЫ 4:.

ВЫВОДЫ.

Основу отечественной электроэнергетики составляют тепловые электрические станции (ТЭС) и атомные электростанции (АЭС). Они производят около 84% электрической энергии, потребляемой в России промышленностью, транспортом, сельским и коммунальным хозяйством. Уже к началу 2000 года 70 % энергоустановок ТЭС России перешагнуло за проектный срок службы [1]. Сегодня ресурс элементов энергетического оборудования (ЭЭО) исчерпан практически на всех действующих ТЭС России. В этой связи, весьма остро встанет вопрос продления ресурса отдельных ЭЭО.

Основной причиной повреждаемости и аварийных остановов энергетического оборудования является эрозионное, коррозионное и эрозионно-коррозионное взаимодействие одно- и двухфазных потоков рабочего тела с металлом. При этом процесс разрушения поверхностных слоев сопровождается сложными механическими, химическими, электрическими и тепловыми явлениями.

Эрозионному изнашиванию в результате воздействия твёрдых и жидких частиц, транспортируемых паром, подвержены корпуса, обоймы, валы, диски, уплотнительные поверхности, обода, сопловые и рабочие лопатки (РЛ) и прочие ЭЭО. На сегодняшний день, разработано большое количество методов борьбы с износом ЭЭО, но проблема эрозионного износа конструкционных материалов (КМ) на сегодняшний день не решена и весьма актуальна.

Одним из перспективных методов повышения износостойкости ЭЭО является применение защитных покрытий. Разработано много разновидностей износостойких покрытий, но большинство из них оказались не эффективными в энергетике, поскольку к ним предъявляются особые требования [2]. Наиболее перспективными оказались относительно тонкие ионно-плазменные покрытия (ИПП) из нитридов металлов (титан, цирконий, хром), получаемых в условиях глубокого вакуума.

Многолетние исследования вакуумных ИПП на основе титана и его нитрида [2-5] показали их эффективность с точки зрения повышения эрозионной и коррозионной стойкости КМ.

Физико-химические, механические и функциональные свойства этих покрытий в существенной степени зависят от условий их формирования. Наиболее важными параметрами, определяющими условия формирования ИПП, являются температура осаждения покрытий, расход реактивных газов, потенциал смещения на изделии, длительность процесса напыления, которые в существенной степени влияют на микротвердость, структуру, морфологию поверхности и эрозионную стойкость КМ при каплеударном воздействии. Анализ предыдущих исследований показал, недостаточный уровень знаний о взаимосвязи условий формирования и перечисленными свойствами ИПП.

Работа посвящена исследованию влияния физико-химических свойств ИПП Тл и ТлЫ на эрозионную стойкость КМ при каплеударном воздействии. В первой главе рассматривается современное состояние проблемы эрозионного износа ЭЭО. Рассмотрены современные методы борьбы с износом ЭЭО, проводится анализ применения покрытий в энергетическом машиностроении и проблем, возникающих при исследованиях покрытий, ставятся цели и задачи исследований.

Вторая глава посвящена описанию экспериментального оборудования и методик проведения исследований.

В третьей главе осуществляются теплофизические исследования процесса формирования ИПП в вакууме, определяется тепловой режим формирования покрытий. Разрабатывается методика расчета распределения толщины покрытий на поверхности длинномерных изделий, таких как РЛ паровых турбин с целью оптимизации их расположения в вакуумной камере.

В четвертой главе осуществляется модернизация установки для формирования ИПП, определяются тепловые режимы напыления, приводятся результаты экспериментальных исследований влияния концентрации атомов азота в покрытии ТлЫ, толщины покрытий Тл и ТШ на эрозионную стойкость КМ. Определена эрозионная стойкость многослойных покрытий. Разработаны технологические основы формирования многослойных ИПП, подтверждена их эффективность в реальных условиях эксплуатации.

Актуальность проблемы

Ресурс работы элементов энергетического оборудования в существенной степени зависит от интенсивности протекания характерных видов износа, таких как каплеударная и кавитационная эрозия, коррозия, абразивный износ, эрозия-коррозия.

В наиболее неблагоприятном положении оказались элементы проточной части паротурбинных установок. Для турбин большой мощности чрезвычайно актуальна проблема каплеударной эрозии и коррозии рабочих лопаток последних влажнопаровых ступеней. Каплеударное разрушение поверхностных слоев металла приводит к значительному снижению срока службы рабочих лопаток, реальный ресурс которых в среднем составляет около 50 тыс. ч., что в 2 раза меньше проектной величины. Абразивный износ твердыми частицами, характерный для сопловых и рабочих лопаток ЦВД и ЦСД приводит к разрушению материала лопаток и их преждевременной замене. Коррозионным и эрозионным повреждениям также в существенной степени подвержены диски и роторы, корпуса, обоймы, диафрагмы и прочее. В той или иной степени перечисленные виды износа наблюдаются при работе насосов, стопорных и регулирующих клапанов, теплообменных поверхностей регенеративных и сетевых подогревателей.

На сегодняшний день, накоплен большой опыт борьбы с эрозией и коррозией элементов энергетического оборудования, но проблема износа в полной мере не решена. Отсутствие универсальных, надёжных и недорогих методов борьбы, низкая эффективность существующих методов обуславливает актуальность данной работы. Цель работы

1. Анализ современного состояния проблемы повреждаемости ЭЭО;

2. Определение теплового режима формирования ИПП в вакууме;

Определение влияния условий формирования ИПП в вакууме на их физико-химические свойства;

4. Разработка методики расчета толщины ИПП на поверхностях длинномерных изделий сложной конфигурации;

5. Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии на микротвердость, структуру, морфологию поверхностного слоя и эрозионную стойкость конструкционных материалов при каплеударном воздействии;

6. Исследование влияния толщины покрытий на основе титана и нитрида титана на эрозионную стойкость конструкционных сталей;

7. Определение эрозионной стойкости композиционных ИПП, полученных чередованием слоев титана и нитрида титана;

8. Разработка технологических основ формирования износостойких композиционных покрытий на поверхностях элементов энергетического оборудования, эксплуатирующихся в условиях одновременного воздействия повреждающих факторов; Научная новизна

• Определен тепловой режим процесса формирования ИПП в вакууме;

• Разработана методика расчета толщины ИПП на изделиях сложной конфигурации с целью оптимизации расположения их в вакуумной камере;

• Впервые установлено влияние концентрации атомов азота в покрытии ТлЫ на его микротвердость, структуру, морфологию и эрозионную стойкость при каплеударном воздействии;

• Впервые определено влияние толщины покрытий "Л и ТлЫ на эрозионную стойкость при каплеударном воздействии;

• Впервые показано влияние структуры многослойных ионно-плазменных покрытий с чередующимися слоями И и ТлЫ на эрозионную стойкость при каплеударной эрозии; Практическая ценность

Разработаны технологические основы формирования защитных ИПП, позволяющих существенно повысить износостойкость конструкционных материалов энергетического оборудования и способных противостоять каплеударной эрозии.

Разработанные многослойные износостойкие покрытия были сформированы на опытных партиях эксплуатирующихся в настоящее время РЛ турбин мощностью 60, 130, 135 и 250 МВт, а также элементов запорной и регулирующей арматуры. Автор защищает

1. Результаты теплофизических исследований;

2. Методику оценки распределения толщины покрытия на поверхности на поверхности длинномерных изделий сложной геометрической формы;

3. Результаты исследований влияния атомарной концентрации азота в покрытии ТлЫ на эрозионную стойкость при каплеударной эрозии;

4. Результаты исследований влияния толщины покрытий Тл и "ПИ на эрозионную стойкость конструкционного материала;

5. Результаты исследований эрозионной стойкости многослойных ионно-плазменных покрытий системы Тл-ТлИ.

Достоверность полученных результатов

Экспериментальные исследования осуществлялись с применением аттестованных измерительных устройств и апробированных методик измерения. Достоверность полученных результатов обеспечивается хорошей повторяемостью значений толщины, химического состава, микротвердости и эрозионной стойкости покрытий при каплеударном воздействии.

Кроме того, достоверность полученных результатов подтверждается оценкой систематических и случайных погрешностей измеряемых физических величин. Для интерпретации результатов осуществлялась оценка случайной погрешности прямых измерений потери массы с образцов при каплеударной эрозии, толщины, микротвердости покрытии и определялась по формуле для средней квадратичной погрешности, бсуществлялась оценка погрешности косвенных измерений площади эродированной поверхности, средней глубины эрозионного износа, массы воды, выпавшей на единицу поверхности образца, длительности инкубационного периода, скорости соударения, определена методическая погрешность измерения температуры поверхности конденсации.

Достоверность подтверждается также наличием явно выраженных характерных для большинства конструкционных материалов периодов эрозионного износа при определении эрозионной стойкости покрытий, а при измерении микротвердости покрытий "ПЫ с различной концентрацией азота в них, наличием характерного оптимума. Апробация работы

Основные результаты настоящей работы докладывались на следующих научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах: IX, X междунар. студ. школа-семинар «Новые информационные технологии» (г. Судак), IX, XI, XII науч.-тех. конф. «Вакуумная наука и техника» (г. Судак), XIII, XIV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (г. Черноголовка), IX, XI междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (г. Москва), VI междунар. науч.-практ. конф. «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (г. Пермь), VI междунар. практ. конф.-выставка «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г. Санкт-Петербург), XX Российская конф. по электронной микроскопии (г. Черноголовка). Публикации

По теме диссертации имеется 12 печатных работ, в том числе 2 статьи, 10 тезисов докладов

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков, 15 таблиц и библиографию из 110 наименований.

выводы

1. На основании результатов теплофизических исследований определен тепловой режим процесса формирования ИПП, который для стали 20X13 определяется температурным диапазоном 330-500 °С;

2. На основе метода Монте-Карло пробной частицы разработана методика расчета оптимального распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации;

3. На основе математического моделирования плазмохимического синтеза покрытий ЛЫ в вакууме, определено влияние давления реактивных газов Р и температуры поверхности конденсации Т на степень стехиометрии и скорость роста покрытий. Для формирования эрозионно-стойких ИПП на основе ЛЫ, предпочтительными являются режимы напыления при Р<2-3 мПа и температуре поверхности конденсации Т>330 °С;

4. Показано влияние концентрации атомов азота в покрытии ЛЫ на его микротвердость, структуру, морфологию. При содержании азота 20-30 ат.% микротвердость защитного слоя максимальна, а ее значение превышает 3000 кгс/мм2;

5. Впервые определена эрозионная стойкость стали 20X13 с защитным покрытием ЛИ при различной концентрации атомов азота в нем. Максимальной эрозионной стойкостью обладают покрытия, содержащие не более 20 ат. % азота;

6. Впервые исследовано влияние толщины покрытий Л и ЛИ на эрозионную стойкость стали 20X13. Оптимальными являются покрытия Л толщиной 6-8 мкм, которые повышают длительность инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 4 раза;

7. Определена эрозионная стойкость композиционных покрытий. Показано, что с уменьшением толщины и увеличением количества слоев в многослойном покрытии при прочих равных условиях эрозионная стойкость конструкционных материалов возрастает. Разработано четырехслойное покрытие общей толщиной 12 мкм, обеспечивающее повышение инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 8-9 раз;

8. Разработаны технологические основы формирования многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев Л и ЛИ;

9. В результате натурных испытаний многослойных ИПП, сформированных на рабочих лопатках турбины мощностью 250 МВт, подтверждена их эффективность в реальных условиях эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. После 7723 часов эксплуатации поверхность рабочих лопаток последней ступени турбины Т-250-240 (ст. №4) имеет явно выраженные следы эрозионного износа.

2. В целом износ неупрочненных лопаток существенно выше по сравнению с лопатками с тем или иным упрочнением. Более конкретные выводы можно будет сделать при очередном обследовании лопаток. С этой целью необходимо разработать методику адекватной и корректной оценки износа поверхности лопаток и примененных способов упрочнения.

3. Необходимо продолжить ежегодные обследования лопаток с целью определения скорости развития эрозионного процесса и определения реальной эффективности применяемых способов упрочнения.

4. Результаты настоящего обследования позволяют обоснованно скорректировать технологию формирования износостойкого покрытия МЭИ (ТУ) с целью существенного увеличения длительности инкубационного периода.

ИТОГИ ГЛАВЫ 4:

1. Осуществлена модернизация экспериментальной установки для формирования ИПП, состоящая в изменении способа генерации исходных частиц на основе использования магнетронного источника. Смонтирована и налажена система управления расходом газов, позволяющая с высокой точностью управлять химическим составом ИПП;

2. В результате теплофизических исследований определено влияние режимов работы модернизированной установки на температуру формирования ИПП. Показано, что температура поверхности конденсации при формировании ИПП в условиях модернизированной установки существенно выше и достигает 495 °С;

3. Показано влияние концентрации атомов азота в покрытии TiN на его микротвердость, структуру, морфологию. При содержании азота 20-30 ат.% микротвердость защитного слоя максимальна, а ее значение превышает 3000 кгс/мм2;

4. Впервые определена эрозионная стойкость стали 20X13 с защитным покрытием TiN при различной концентрации атомов азота в нем. Максимальной эрозионной стойкостью обладают покрытия, содержащие не более 20 ат. % азота;

5. Показано, что при формировании эрозионно-стойких ИПП на основе TiN, предпочтительными являются режимы напыления при давлении азота Р<2-3 мПа и температуре поверхности конденсации Т>330 °С;

6. Впервые исследовано влияние толщины покрытий Ti и TiN на эрозионную стойкость стали 20X13. Оптимальными являются покрытия Ti толщиной 6-8 мкм, которые повышают длительность инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 4 раза;

7. Определена эрозионная стойкость композиционных покрытий. Показано, что с уменьшением толщины и увеличением количества слоев в многослойном покрытии при прочих равных условиях эрозионная стойкость конструкционных материалов возрастает. Разработано четырехслойное покрытие общей толщиной 12 мкм, обеспечивающее повышение инкубационного периода процесса эрозии стали 20X13 в 8-9 раз;

8. Разработаны технологические основы формирования многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев Ti и TiN;

9. В результате натурных испытаний многослойных ИПП, сформированных на рабочих лопатках турбины мощностью 250 МВт, подтверждена их эффективность в реальных условиях эксплуатации.

1. Хромченко Ф.А., Лаппа В.А., Федина И.В., Карев А.Н, Должанский П.Р. Технология ремонта рабочих лопаток паровых турбин.// Тяжелое машиностроение.-1999.-№8.-С. 14-23.

2. Рыженков В.А. Повышение износостойкости оборудования паротурбинных установок электрических станций /Дисс. в виде научного доклада на соискание уч. ст. д.т.н.// М.: МЭИ(ТУ), 2002, 58 с.

3. Крайнов В. К., Повышение ресурса работы теплотехнического оборудования электрических станций на основе применения износостойких защитных покрытий: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2002. - 22 с.

4. Рыженков В.А. Состояние проблемы и пути повышения износостойкости энергетического оборудования ТЭС // Теплоэнергетика. 2000. №6. С. 20-25.

5. Прогнозирование эрозии лопаток судовых турбин низкого давления/ М.А. Казак, Б.В. Альфер, И.П. Фаддеев, C.B. Радик. Судостроение, №4, 1975, с. 18-20.

6. Смыслова М.К, Смыслов A.A., Беляева Л.С. Технологические пути повышения эксплуатационной надежности трубопроводной арматуры // Теплоэнергетика. 2004. №4. С. 39-42.

7. Андреев A.A. Вакуумно-дуговые износостойкие покрытия // ОТТОМ-2000. 2000. Раздел IV. С. 179-182.

8. Андреев A.A., Неклюдов И.М., Шулаев В.М., Григорьев С.Н. Износостойкие вакуумно-дуговые покрытия на основе титана в машиностроении// ОТТОМ-5. С. 230-239.

9. Бякова A.B., Горбач В.Г., Власов A.A. Структурные аспекты повышения работоспособности покрытий из высокопрочных материалов // Проблемы прочности. 1993. №9. С. 48-55.

10. Мовчан Б.А., Малашенко И.С., Яковчук К.Ю. Двух- и трехслойные покрытия, получаемые осаждением в вакууме для защиты лопаток газовых турбин // Автоматическая сварка. 1994. №2. С. 30-38.

11. Ракшун С.П., Пищагин В.В., Парфененок М.А. Новые установки и технологические особенности вакуумного напыления декоративных покрытий на листовую сталь // Труды научно-технического семинара «Электровакуумная иехника и технология». 1997-1998. С. 77-85.

12. Improvement of Drain Erosion Resistance of Steam Turbine Blade by Ceramics Coating/ Hiroshima Research & Development Center, 1996 (paper abstract). Mitsubishi Heavy Industres Ltd. 1 Oct. 2003 http://www.mhi.co.ip/tech/htm/6334/e633417a.htm.

13. Патент European patent № 0 522 873 Al Non-stoichiometric titanium nitride coating. //1993.

14. Патент ЕР заявка № 0 264 654 Публикация 88 04 27 № 17

15. Эрозия: Пер. с англ./Под ред. К. Прис.-М.: Мир, 1982.-464 е., ил.

16. Симою Л.Л., Эфрос Е.И., Гуторов В.Ф., Панферов С.И. Влияние режимных факторов на интенсивность эрозионных повреждений лопаточного аппарата теплофикационных турбин.// Электрические станции.-2000.-№10.-С. 12-18.

17. Эфрос Е.И., Симою Л.Л., Гуторов В.Ф. Усовершенствование системы влагоудаления из проточной части низкого давления теплофикационных турбин.// Тяжелое машиностроение.-2002.-№4.-С. 6-9.

18. Яблоник P.M., Поддубенко В.В. Экспериментальное исследование эрозионной стойкости лопаточных материалов.-Энергомашиностроение, 1975, №11.

19. Хаимов В.А., Котляр O.E., Воропаев Ю.А. Эрозия входных кромок лопаток ЦНД турбин Т-250/300-240.// Электрические станции.-1997.-№12.-С. 34-40.

20. Шкотов Ю.Д. Об эрозионном износе проточных частей паровых турбин // Энергетик. 1990. №4.

21. Щедролюбов В.Л., Зельняков В.А., Шкотов Ю.Д. Замена и ремонт лопаток последних ступеней паровых турбин.// Энергетик.-2002.-№2.-С. 37-39.

22. Микунис С.И. Надежность рабочих лопаток последних ступеней ЦНД турбоагрегатов // Электрические станции. 1998. №3. С. 11-13.

23. Кириллов Н.Г., Архипов А.Б., Амелюшкии В.Н., Агафонов Б.Н. Применение противоэрозионной защиты рабочих лопаток паровых турбин на Ириклинской ГРЭС // Теплоэнергетика. 2003. №6. С. 26-28.

24. Амелюшкин В.Н. Эрозия паровых турбин: прогноз и предупреждение. Учебное пособие. Сер. Проблемы энергетики, вып. 1. СПб.: Энерготех, 2000.

25. Лагерев А. В. Прогнозирование надежности трубопроводов влажного пара в условиях эрозионного износа.// Теплоэнергетика.-1998.-№9.-С. 56-60.

26. Лагерев A.B. Статистические закономерности эрозии стеллитовой защиты рабочих лопаток и селективный подход к повышению ее износостойкости // Электрические станции. 1996. №5. С. 23-29.

27. Лагерев A.B. Экспериментальная система мониторинга эрозионного состояния турбин насыщенного пара атомных энергоустановок // Изв. ВУЗов ядерная энергетика. 1998. №6. С. 28-35.

28. Лагерев A.B. Анализ кинетики эрозионного износа проточных частей паровых турбин на частичных режимах // Изв. ВУЗов и энергетический объединений, энергетика. 1998. №2. С. 57-61.

29. Агафонов Б.Н., Амелюшкин В.Н. Особенности эрозионного износа рабочих лопаток последней ступени турбины К-210-130.// Электрические станции.-2000.-№9.-С. 12-14.

30. Гаркуша A.B., Фёдоров М.Ф., Сударкина С.П., Мельтюхов В.А., Понкратова А.Г. О влиянии эрозтонного уноса металла рабочих лопаток на экономичность паровых турбин.

31. Техническая справка к договору №Т-8/54 от 7.02.03 по этапу №1: Анализ мирового опыта применения ß-сплавов титана для защиты от эрозии паротурбинных лопаток. Разработка технологических вариантов.

32. J. Tavast. Steam side droplet erosion in titanium tubed condensers-experiences and remedies-Acorn, 1996, №4, p. 1-12

33. Поваров O.A., Томаров Г.В. Эрозия-коррозия металлов энергетического оборудования в одно- и двухфазных потоках.// Тяжелое машиностроение.-2002.-№8.-С. 16-21.

34. Комаров Н.Ф., Юрков Э.В. Коррозионные повреждения лопаточного аппарата и дисков паровых турбин //

35. Фадеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин. Л., «Машиностроение» (Ленингр. Отд-ние), 1974, 208 с.

36. Гонсеровский Ф.Г., Петреня Ю.К., Силевич В.М. Долговечность паротурбинных рабочих лопаток с учетом ремонта в условиях электростанций.// Электрические станции,-2000.-№3.-С. 35-38.

37. Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Технико-экономическое обоснование способа ремонта эрозионно-изношенных паротурбинных лопаток в условиях электростанций.// Электрические станции.-2002.-№2.-С. 32-36.

38. Карев А.Н., Хромченко Ф.А., Должанский П.Р. Разработка и внедрение высокоэффективной технологии ремонта рабочих лопаток паровых турбин.// Электрические станции.-1999.-№12.-С. 16-23.

39. Амелюшкин В.Н., Агафонов Б.Н. Эрозия рабочих лопаток паровых турбин со стеллитовой защитой.//Энергетик.-2002.-№8.-С. 35-36.

40. Хаимов В.А., Воропаев Ю.А., Котляр O.E. Эрозия вала ротора низкого давления турбины Т-110/120-130 // Энергетик. 1998. №2. С. 22-24.

41. Перельман Р. Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных алпаратов.-М.: Машиностроение, 1980, 245 е., ил.

42. Кириллов И.И., Иванов В.А., Кириллов А.И. Паровые турбины и паротурбинные установки. JL: Машиностроение, 1978. 358 с.

43. Лагерев A.B. Вероятностно-статистические основы методологии оценки эрозионного изнашивания влажнопаровых турбин, его прогнозирование и методы защиты: Автореф. дис. на соиск. учен, степени доктора техн. наук. СПб, 1994. 32 с.

44. M. Orna, Z. Ruml. A contribution to the erosion-resistance of turbine blade materials // Proc. of the 5th Int. Conf. on erosion by Liquid and Solid impact, 1979.

45. Погребняк А.Д., Лебедь А.Г., Ильяшенко M.B. и др. Модификация структуры стали 3 и нержавеющей стали Fe-Cr-Ni-Mn под действием мощного ионного пучка. ВАНТ, 2(10), 1999. С. 65-70.

46. Семенов А.П., Смирнягин М.Н., Сизов И.Г. и др. Обработка поверхности стали электронным пучком и формирование боридных слоев. Труды третьего международного симпозиума "Вакуумные технологии и оборудование". Харьков, 1999. С. 101-106.

47. Егоров Н.П., Егоров В.Н., Прудников C.B., Опыт восстановления деталей энергооборудования газотермическим напылением.// Энергетик.-2001.-№12.-С. 29-30.

48. Азерников В.Е., Гологорский Е.Г., Погожев И.М. Восстановление и упрочнение изношенных деталей энергетического оборудования // Энергетик. 1999. №5. С. 8-9.

49. Короткое В.А., Зайцев С.П. Восстановление и упрочнение деталей энергетического оборудования// Промышленная энергетика. 1999. №4. С. 18-20.

50. Рыбаков В.К., Рыбаков Д.В., Страхов В.А. О восстановлении и упрочнении деталей арматуры и вспомогательного оборудования ТЭС // Электрические станции. 1998. №3. С. 11-13.

51. Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Технико-экономическое обоснование способа ремонта эрозионно-изношенных паротурбинных лопаток в условиях электростанций.// Тяжелое машиностроение.-2001.-№9.-С. 18-22.

52. Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Продление срока службы узлов и деталей проточной части турбин ТЭС и АЭС.// Тяжелое машиностроение.-2002.-№10.-С. 59-63.

53. Перельман Р.Г., Пряхин В.В. Эрозия элементов паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 184 е.: ил.

54. Владимиров А.Б., Лозовский А.Т., Тарасов Б.А., Владимиров A.A. Опыт упрочнения деталей из конструкционных сталей.// Энергетик.-2002.-№8.-С. 30.

55. Семёнов А.П. Применение вакуумных ионно-плазменных методов нанесения покрытий и модифицирования поверхностных слоёв для повышения износостойкости и снижения трения.// Проблемы машиностроения и надёжности машин.-1994.-№1.-С. 59-67.

56. Марей А.Р., Воронин H.A., Семенов А.П. Зависимости структуры, твердорсти и износостойкости покрытий A1-N, наносимых магнетронным методом, от параметров технологического процесса// Трение и износ. 1994., том 15, №5. С. 794-799.

57. Косяк Ю.Ф., Савухов В.Н. О борьбе с эрозией последних ступеней мощных паровых турбин.- «Энергомашиностроение», 1960, №7, с.35-38

58. Погребняк А.Д. Модифицирование поверхностных слоев изделий машиностроения непрерывными и импульсными ионными пучками// ОТТОМ-2000.-2000.-№?.-С. 170-173

59. Смыслов A.M., Дыбленко Ю.М., Смыслова М.К. Технология и оборудование для упрочнения болынеразмерных лопаток паровых турбин из титановых сплавов // Технологии получения тонких пленок и покрытий

60. R.I. Jaffee. Titanium steam turbine blades.-JOM, 1989, March, p.31-35

61. Y. Ito, H.Iton. On erosion shielding employed beta titanium alloy-Titanium-95:Science and technology, 1995,p. 1967-1975

62. A.Takemura. Application of near beta titanium alloys for turbine blades.-Titanium and zirconium, 1993, vol.41,p.12-17

63. Попов В.А., Браун Э.Д., Киселев Ю.Н., Ковлер M.JL, Миронов Э.А. Разработка технологии нанесения детонационных покрытий для повышения износостойкости трущихся поверхностей // Теплоэнергетика. 1997. №5. С. 53-57.

64. K.K. Haller, Y. Vantikos, D. Poulikakos, P. Monkewitz Computational study of highspeed liquid droplet impact // Journal of applied physics. 2001. V. 92, №5. C. 2821-2828.

65. Смыслова M.K., Смыслов A.M., Дыбленко Ю.М., Лисянский A.C., Тихомиров C.A., Симин О.Н. Технология и оборудование для упрочнения болыперазмерных лопаток паровых турбин из титановых сплавов и сталей // Теплоэнергетика (готовится к печати)

66. Солодкин Г.А., Волков Г.М., Ратгауз Л.Я. О природе коррозионной стойкости азотированного слоя на железе//Изв. АН СССР. 1990. №5. С, 178-180.

67. Рыженков В.А., Погорелов С.И, Нефедкин С.И., Качалин Г.В., Крайнов В.К. Исследование антикоррозионных свойств износостойких покрытий для защиты рабочих лопаток паровых турбин мощных энергоблоков// Вестник МЭИ, 2001.- №5.- С.38-41.

68. Филлипов A.M., Стяжкин В.А., Филлипов М.А., Копылов A.A. Исследование свойств вакуумно-плазменных покрытий толщиной 35-40 мкм // Защита металлов. 2001., том 37, №4. С. 440-442.

69. Бецофен С.Я., Петров Л.М., Лазарев Э.М., Короткое H.A. Структура и свойства ионно-плазменных покрытий TiN // Изв. АН СССР: металлы. 1990. №3. С. 158-165.

70. Трение и износ, том 18 №2, 1997 г.

71. Трение и износ, том 22 №3 2001 г.

72. Дж. С. Спринжер Эрозия при воздействии капель жидкости: Пер. с англ./Пер. С. В. Челомей.-М.: Машиностроение, 1981.-200 е., ил.

73. Hovsepian Р.Eh PVD CrN/NbN Superlattice Coating to Protect Components Used in the Textile Industry титана // 44th Annual Technical Conference Proceedings-Philadelphia. April 2126. 2001. C. 72-77.

74. Барвинок В. А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение, 1999, 310 с.

75. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции.// Под редакцией Кмселёва В.Ф. М.: Мир. 1982. 596 с

76. Долгов H.A. Влияние модуля упругости покрытия на работоспособность системы основа-покрытие // Проблемы прочности. 2002. №2. С. 66-72.

77. Солодкин Г.А., Ратгауз Л.Я., Береговский М.Я. Влияние поверхностного упрочнения на сопротивление усталости сталей // Изв. АН СССР. 1990. №4. С. 153-157.

78. Кальнер В.Д., Вернер А.К. Влияние кислорода на свойства покрытия на основе нитрида титана// Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. №4. С. 10-16.

79. Мрочек Ж.А., Эйзер Б.А., Марков Г.В. Основы технологии формирования многокомпонентных вакуумных электродуговых покрытий. Мн.: Навука i тэхшка, 1991.96 с.

80. Thornton I. // J. Vacuum Sience and Technology. 1984. V. 11, №4. P. 666-670.

81. Андронова T.M., Липин Ю.В. Формирование покрытий электродуговым распылением в вакууме. Обзорная информация.- Рига, ЛИЦ, 1990. - 52 с.

82. Норихида Нисида и др. Киндзоку Хемаи гидзюку, 1986.- V. 37, N.7.-P. 346

83. Padmanablin H.R., Heih Y.F. J. Vac. Sei. Technol. 1983, Al.-V. I(29).-P279.

84. Milic M., Miloslavlievic M., Bilic N. e.a. Thin Solid Films, 1988. V. 163.- P. 309.

85. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий.- М.: Машиностроение, 1990.-384с.

86. Отчет №У06299 инв. № 1819 Разработка технологии нанесения защитных покрытий на рабочие лопатки паровых турбин и выпуск опытной партии натурных лопаток с покрытиями для установки в турбину.

87. Engel O.G., WADC Tech. Rep. 53-192, Pt X, 1957.

88. Weaver J.H., Proc. Int. Conf. Rain Eros., 2nd, 1976, p. 401.

89. Фомин B.B. Гидроэрозия металлов. М., «Машиностроение», 1977,287 с.

90. Лапшин В.И., Андрее A.A. История развития, состояние и перспективы вакуумно-дуговых технологий // ОТТОМ-2000. 1997. №5. С. 267-270.

91. Волны в слоистых средах. Бреховских Л.М., изд-во «Наука», 1973.

92. Engel O.G., Proc. Int. Conf. Rain Eros., 4th , 1974, p. 715

93. Европейский патент, Франция, №930429

94. Салтанов Г.А. Сверхзвуковые двухфазные течения/Под ред. Дейча М.Е. и В. Ф. Степанчука.- Минск, Высшая школа, 1972. 480 с.

95. Розанов JI.H. Вакуумная техника: Учеб. для вузов по спец. "Вакуумная техника". -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк. 1990. - 319 е.: ил.

96. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М.: Металлургия, 1967.-224 с.

97. Парфенов В.Д., Кусков В.Н. Износоразрушение безвольфрамовых твердосплавных пластин с нитридоциркониевым покрытием в процессе резания// Трение и износ. 1994. Том 15, №1. С. 131-137.

98. Борисов Ю.С. Современные достижения в области нанесения защитных и упрочняющих покрытий// Порошковая металлургия. 1993. №7. С. 5-14.

99. S. Veprek, P. Karvankova, J. Prochazaka Different mechanisms leading to superhard coatings: stable nanocomposites and high biaxial compressive stress// MRS Fall Meeting 2001, Boston, Symposium P

100. Практические методы в электронной микроскопии/ Под ред. Одри М. Глоэра: Пер. с англ./Под ред. В.Н. Верцнера.-Jl.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1980. 375 е., ил.

101. Вайнштейн Б.К. Структурная электронография

102. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Методы исследования структуры полупроводников и металлов. Учебное пособие для вузов. М., «Металлургия», 1978 (I кв.) 272 с.

103. Бякова A.B. Особенности определения микротвёрдости при оценке конструкционной прочности покрытий.// Проблемы прочности.-1995.-№9.-С. 44-54.