RU2806569C1 - Method for protecting gas turbine engine compressor blade feather made from titanium alloys from gas abrasive wear - Google Patents

Abstract

FIELD: gas turbine engines; protection from gas abrasive erosion.

SUBSTANCE: invention relates to a method for protecting a gas turbine engine compressor blade made of titanium alloys from gas abrasive erosion. The blade feather is polished, followed by application of an ion-plasma multilayer coating on the blade feather in the form of a specified number of pairs of layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen. Vanadium is used as a metal. Ion-plasma multilayer coating is applied with the ratio of titanium to vanadium in layers, wt.%: V from 2.5% to 98%, the rest – Ti. A layer of titanium with vanadium is applied with a thickness S₁ from 0.1 to 1.5 microns. A layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen is applied with a thickness S₂ from 0.5 to 10.0 mcm with a total thickness of the multilayer coating S₀ not exceeding 50 mcm.

EFFECT: obtaining a multilayer coating capable of effectively protecting blades made of titanium alloys from erosive wear under conditions of exposure to gas flows containing abrasive particles.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток компрессора ГТД из титановых сплавов от эрозионного разрушения при одновременном повышении предела выносливости и циклической долговечности.The invention relates to mechanical engineering and can be used in aircraft engine building and power turbine construction to protect the blade blades of a gas turbine engine compressor made of titanium alloys from erosion damage while simultaneously increasing the endurance limit and cyclic durability.

Известен способ вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий на подложку в среде инертного газа, включающий создание разности электрических потенциалов между подложкой и катодом и очистку поверхности подложки потоком ионов, снижение разности потенциалов и нанесение покрытия, проведение отжига покрытия путем повышения разности потенциалов, причем ионный поток и поток испаряемого материала, идущий от катода к подложке, экранируют, очистку проводят ионами инертного газа, после очистки экраны отводят и покрытие наносят в несколько этапов до получения требуемой толщины [Патент РФ 2192501, C23C 14/34, 10.11.2002].There is a known method of vacuum ion-plasma coating on a substrate in an inert gas environment, which includes creating an electrical potential difference between the substrate and the cathode and cleaning the surface of the substrate with a flow of ions, reducing the potential difference and applying the coating, annealing the coating by increasing the potential difference, wherein the ion flow and the flow of evaporated material coming from the cathode to the substrate is screened, cleaning is carried out with inert gas ions, after cleaning the screens are removed and the coating is applied in several stages until the required thickness is obtained [RF Patent 2192501, C23C 14/34, 11/10/2002].

Известен также способ нанесения ионно-плазменных покрытий на лопатки турбин, включающий последовательное осаждение в вакууме первого слоя из титана толщиной от 0,5 до 5,0 мкм, затем нанесение второго слоя нитрида титана толщиной 6 мкм (Патент РФ 2165475, МПК C23C 14/16, 30/00, C22C 19/05, 21/04, 20.04.2001).There is also a known method for applying ion-plasma coatings to turbine blades, which includes sequential deposition in a vacuum of the first layer of titanium with a thickness of 0.5 to 5.0 microns, then applying a second layer of titanium nitride with a thickness of 6 microns (RF Patent 2165475, IPC C23C 14/ 16, 30/00, C22C 19/05, 21/04, 20/04/2001).

Основным недостатком этого способа является недостаточно высокая эрозионная стойкость поверхности пера лопатки. The main disadvantage of this method is the insufficiently high erosion resistance of the surface of the blade airfoil.

Рабочие лопатки компрессора ГТД и ГТУ, в процессе эксплуатации, подвергаются эрозионному разрушению в условиях воздействия значительных динамических и статических нагрузок. Исходя из предъявляемых к эксплуатационным свойствам требований, для изготовления лопаток компрессора газовых турбин применяются титановые сплавы, которые по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пластичность и коррозионную стойкость (например, титановые сплавы марок ВТ6, ВТ8, ВТ18У, ВТ3-1, ВТ22 и др.)The working blades of a gas turbine engine and gas turbine compressor, during operation, are subject to erosion destruction under conditions of exposure to significant dynamic and static loads. Based on the requirements for operational properties, titanium alloys are used for the manufacture of gas turbine compressor blades, which, compared to technical titanium, have higher strength, including at high temperatures, while maintaining sufficiently high ductility and corrosion resistance (for example, titanium alloys of grades VT6, VT8, VT18U, VT3-1, VT22, etc.)

Однако лопатки турбин из указанных сплавов обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения. Поэтому дефекты, образующиеся в процессе изготовления этих деталей, недопустимы, поскольку вызывают возникновение интенсивных процессов разрушения. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.However, turbine blades made of these alloys have increased sensitivity to stress concentrators. Therefore, defects formed during the manufacturing process of these parts are unacceptable, since they cause intense destruction processes. This causes problems when machining the surfaces of turbomachinery parts. In this regard, the development of methods for obtaining high-quality surfaces of turbomachinery parts is a very urgent task.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от газоабразивной эрозии, включающий полирование пера лопатки с последующим нанесением на перо лопатки ионно-плазменного многослойного покрытия в виде заданного количества пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом (Патент РФ 2768945, МПК C23C 28/00, 25.03.2022).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method of protecting the compressor blades of a gas turbine engine made of titanium alloys from gas abrasive erosion, including polishing the blade feather with subsequent application of an ion-plasma multilayer coating on the blade feather in the form of a specified number of pairs of layers in the form of a titanium layer with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen (RF Patent 2768945, IPC C23C 28/00, 03/25/2022).

Основным недостатком аналога является недостаточная надежность защиты от эрозионного разрушения компрессорных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из титановых сплавов. The main disadvantage of the analogue is the insufficient reliability of protection against erosion destruction of compressor blades of gas turbine engines (GTE) made of titanium alloys.

Задачей настоящего изобретения является создание многослойного покрытия, способного эффективно защищать лопатки из титановых сплавов от эрозионного износа в условиях воздействия газовых потоков, содержащих абразивные частицы.The objective of the present invention is to create a multilayer coating capable of effectively protecting blades made of titanium alloys from erosive wear under conditions of exposure to gas flows containing abrasive particles.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение стойкости лопаток компрессора ГТД к газоабразивному износу.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of gas turbine engine compressor blades to gas abrasive wear.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от газоабразивного износа, включающем полирование пера лопатки с последующим нанесением на перо лопатки ионно-плазменного многослойного покрытия в виде заданного количества пар слоев: слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом. Заявляемый способ отличается тем, что в качестве металла используют ванадий, ионно-плазменное многослойное покрытие наносят с соотношением титана к ванадию в слоях, мас.%: V от 2,5% до 98%, остальное - Ti, причем слой титана с ванадием наносят толщиной S₁ от 0,1 до 1,5 мкм, а слой соединений титана с ванадием и азотом наносят толщиной S₂ от 0,5 до 10,0 мкм при общей толщине многослойного покрытия S₀ не более 50 мкм, при этом количество пар слоев в покрытии, рассчитывается из условия, определяемого из выражения:The technical result is achieved by the fact that in the method of protecting the compressor blades of a gas turbine engine made of titanium alloys from gas abrasive wear, which includes polishing the blade feather with subsequent application of an ion-plasma multilayer coating on the blade feather in the form of a specified number of pairs of layers: a layer of titanium with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen. The inventive method differs in that vanadium is used as the metal, an ion-plasma multilayer coating is applied with the ratio of titanium to vanadium in the layers, wt.%: V from 2.5% to 98%, the rest is Ti, and a layer of titanium with vanadium is applied thickness S ₁ from 0.1 to 1.5 microns, and a layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen is applied with a thickness S ₂ from 0.5 to 10.0 microns with a total thickness of the multilayer coating S ₀ no more than 50 microns, while the number of pairs layers in the coating, is calculated from the condition determined from the expression:

n = S₀ / (S₁ + S₂),n = S ₀ / (S ₁ + S ₂ ),

где n – общее количество пар слоев в покрытии.where n is the total number of pairs of layers in the coating.

Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы осуществления способа: полирование поверхности пера лопатки ведут электролитно-плазменным методом путем приложения к нему электрического потенциала от 280 до 300 В, при температуре электролита от 70 до 90°С и величине тока от 0,4 до 0,6 А/см², используя в качестве электролита водный раствор с содержанием от 1,0 до 7,0 мас.% гидроксиламина солянокислого и содержанием от 0,4 до 1,0 мас.% NaF или KF, а также от 1,0 до 5,0 мас.%KCl или NaCl; после полирования пера лопатки проводят его ионно-имплантационную обработку ионами азота с энергией от 20 до 40 кэВ и дозой от 1,5·10¹⁷ до 2,5·10¹⁷ см^-2; нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют с использованием по крайней мере двух одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей, один из которых выполнен из ванадия, а другой - из титана, причем упомянутые электродуговые испарители располагают в периферийной части цилиндрической рабочей камеры вакуумной установки, а лопатки компрессора вращают одновременно вокруг собственной оси и относительно оси рабочей камеры установки и, тем самым, перемещают относительно электродуговых испарителей, при этом скорость вращения лопаток компрессора относительно собственной оси составляет от 8 до 40 об/мин, а относительно оси камеры установки - от 2 до 8 об/мин; нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота.In addition, the following additional methods of implementing the method are possible: polishing the surface of the blade feather is carried out using the electrolyte-plasma method by applying to it an electric potential from 280 to 300 V, at an electrolyte temperature from 70 to 90 ° C and a current value from 0.4 to 0, 6 A/cm ² , using as an electrolyte an aqueous solution containing from 1.0 to 7.0 wt.% hydroxylamine hydrochloride and containing from 0.4 to 1.0 wt.% NaF or KF, as well as from 1.0 up to 5.0 wt.% KCl or NaCl; after polishing the blade feather, it is subjected to ion-implantation treatment with nitrogen ions with an energy of 20 to 40 keV and a dose of 1.5·10 ¹⁷ to 2.5·10 ¹⁷ cm ^-2 ; The application of layers of titanium-vanadium compounds is carried out using at least two simultaneously operating separate electric arc evaporators, one of which is made of vanadium and the other of titanium, and the mentioned electric arc evaporators are located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the vacuum installation, and the compressor blades are rotated simultaneously around their own axis and relative to the axis of the installation’s working chamber and, thereby, move relative to the electric arc evaporators, while the rotation speed of the compressor blades relative to their own axis is from 8 to 40 rpm, and relative to the axis of the installation chamber - from 2 to 8 rpm min; the application of layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the assisted mode with argon ions, and the layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the assisted mode with nitrogen ions.

Для оценки стойкости лопаток газовых турбин к их сопротивлению эрозионному износу были проведены следующие испытания. На образцы из титановых сплавов марок ВТ6, ВТ8, ВТ8м, ВТ41, ВТ18у, ВТ31, ВТ9, ВТ22, ВТ25у были нанесены покрытия как по способу-прототипу (Патент РФ 2768945), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам нанесения, так и покрытия по предлагаемому способу. Неудовлетворительным (Н.Р.) считался результат, который не превышал значения характеристик покрытия, полученные по способу-прототипу (Патент РФ 2768945). Удовлетворительным результатом (У.Р.) считался результат, превышающий эрозионную стойкость покрытия, полученного по способу-прототипу. To evaluate the resistance of gas turbine blades to erosive wear, the following tests were carried out. Samples made of titanium alloys of the VT6, VT8, VT8m, VT41, VT18u, VT31, VT9, VT22, VT25u grades were coated using both the prototype method (RF Patent 2768945), according to the conditions and application modes given in the prototype method, and coatings according to the proposed method. A result that did not exceed the values of the coating characteristics obtained using the prototype method (RF Patent 2768945) was considered unsatisfactory (U.R.). A satisfactory result (S.R.) was considered to be a result exceeding the erosion resistance of the coating obtained using the prototype method.

На фигурах 1 и 2 представлены результаты испытаний образцов на эрозионную стойкость. На фигуре 1 (фиг.1) представлены зависимость эрозионной стойкости от содержания ванадия в покрытии. На фигуре 2 (фиг.2) результаты сравнительных испытаний на эрозионную стойкость образцов (1 – образцы без покрытия, 2 – образцы с покрытием, полученным по способу-прототипу, 3 – образцы, полученные по предлагаемому способу)Figures 1 and 2 show the results of testing samples for erosion resistance. Figure 1 (Figure 1) shows the dependence of erosion resistance on the vanadium content in the coating. Figure 2 (Fig. 2) shows the results of comparative tests on the erosion resistance of samples (1 – uncoated samples, 2 – coated samples obtained using the prototype method, 3 – samples obtained using the proposed method)

Режимы обработки образцов и нанесения покрытия по предлагаемому способу.Modes of sample processing and coating according to the proposed method.

Электролитно-плазменное полирование: электрический потенциал от 280 В до 300 В: 270 В - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 280 В - удовлетворительный результат (У.Р.); 290 В - (У.Р.); 300 В - (У.Р.); 310 В (Н.Р.); электролиты: от 3% до 7% гидроксиламина солянокислого (2% - (Н.Р.); 3%- (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7%- (У.Р.); 8% - (Н.Р.); и содержанием от 0,7 до 0,8 мас.% NaF или KF, при содержании, NaF мас.%: (0,6 % - (Н.Р.); 0,7 % - (У.Р.); 0,8 %- (У.Р.); 0,9 % - (Н.Р.)) KF мас.%: (0,6 % - (Н.Р.); 0,7 % - (У.Р.); 0,8 %- (У.Р.); 0,9 % - (Н.Р.))Electrolytic plasma polishing: electrical potential from 280 V to 300 V: 270 V - unsatisfactory result (N.R.); 280 V - satisfactory result (UR); 290 V - (U.R.); 300 V - (U.R.); 310 V (N.R.); electrolytes: from 3% to 7% hydroxylamine hydrochloride (2% - (N.R.); 3% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (U.R.) ; 8% - (N.R.); and content from 0.7 to 0.8 wt.% NaF or KF, with a content of NaF wt.%: (0.6% - (N.R.); 0 .7% - (U.R.); 0.8% - (U.R.); 0.9% - (N.R.)) KF wt.%: (0.6% - (N.R. .); 0.7% - (U.R.); 0.8% - (U.R.); 0.9% - (N.R.))

Процесс электролитно-плазменного полирования деталей из титана и титановых сплавов осуществляется следующим образом. Обрабатываемую деталь из титана или титанового сплава погружают в ванну с водным раствором электролита, прикладывают к изделию положительный электрический потенциал, а к электролиту - отрицательный, в результате чего достигают возникновения разряда между обрабатываемым изделием и электролитом. Процесс электролитно-плазменного полирования осуществляют при электрическом потенциале от 280 В до 300 В, а в качестве электролита используют водный раствор с содержанием от 1,0 до 7,0 мас.% гидроксиламина солянокислого и содержанием от 0,4 до 1,0 мас.% NaF или KF, а также от 1,0 до 5,0 мас.%KCl или NaCl. Полирование, в зависимости от параметров детали и заданной микрогеометрии поверхности, ведут при величине тока от 0,2 А/дм² до 0,5 А/дм², при температуре от 70°C до 90°C, в течение от 0,8 до 7 мин. Полируемой деталью может быть лопатка турбомашины. Для повышения качества обработки в состав электролита могут быть дополнительно введены поверхностно-активные вещества в концентрации 0,1-0,8%.The process of electrolytic plasma polishing of parts made of titanium and titanium alloys is carried out as follows. The workpiece made of titanium or a titanium alloy is immersed in a bath with an aqueous electrolyte solution, a positive electrical potential is applied to the product, and a negative electric potential is applied to the electrolyte, as a result of which a discharge occurs between the workpiece and the electrolyte. The process of electrolytic plasma polishing is carried out at an electric potential of 280 V to 300 V, and an aqueous solution containing from 1.0 to 7.0 wt.% hydroxylamine hydrochloride and a content from 0.4 to 1.0 wt. is used as an electrolyte. % NaF or KF, as well as from 1.0 to 5.0 wt.% KCl or NaCl. Polishing, depending on the parameters of the part and the specified microgeometry of the surface, is carried out at a current value from 0.2 A/dm ² to 0.5 A/dm ² , at a temperature from 70°C to 90°C, for from 0.8 up to 7 min. The part being polished can be a turbomachine blade. To improve the quality of processing, surfactants can be additionally introduced into the electrolyte in a concentration of 0.1-0.8%.

Нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляли: с двух и с четырех, одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей. Расположение испарителей - периферийное, с чередованием электродугового испарителя из ванадия с испарителем из титана. Электродуговые испарители располагались в периферийной части цилиндрической рабочей камеры ионно-плазменной установки, а лопатки компрессора вращались одновременно вокруг собственной оси и относительно оси рабочей камеры установки, обеспечивая перемещение вращающихся относительно своей оси лопаток относительно электродуговых испарителей.The application of layers of titanium compounds with vanadium was carried out: from two and from four simultaneously operating separate electric arc evaporators. The location of the evaporators is peripheral, alternating an electric arc evaporator made of vanadium with an evaporator made of titanium. Electric arc evaporators were located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the ion plasma installation, and the compressor blades rotated simultaneously around their own axis and relative to the axis of the installation’s working chamber, ensuring movement of the blades rotating relative to their axis relative to the electric arc evaporators.

Скорость вращения лопаток компрессора относительно собственной оси составляла (от 8 до 40 об/мин): 6 об/мин (Н.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 20 об/мин (У.Р.); 40 об/мин (У.Р.); 50 об/мин (Н.Р.). Вращение лопаток относительно оси камеры установки составляло (от 2 до 8 об/мин): 1 об/мин (Н.Р.); 2 об/мин (У.Р.); 4 об/мин (У.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 12 об/мин (Н.Р.). The rotation speed of the compressor blades relative to their own axis was (from 8 to 40 rpm): 6 rpm (N.R.); 8 rpm (UR); 20 rpm (UR); 40 rpm (UR); 50 rpm (N.R.). The rotation of the blades relative to the axis of the installation chamber was (from 2 to 8 rpm): 1 rpm (N.R.); 2 rpm (UR); 4 rpm (UR); 8 rpm (UR); 12 rpm (N.R.).

Нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляли в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота.The deposition of layers of titanium compounds with vanadium was carried out in the assisted mode with argon ions, and the layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen were carried out in the assisted mode with nitrogen ions.

Толщина слоя титана с ванадием (0,2 мкм до 1,5 мкм): 0,1 мкм (Н.Р.); 0,2 мкм (У.Р.); 0,5 мкм (У.Р.); 1,0 мкм (У.Р.); 1,5 мкм (У.Р.); 2,0 мкм (Н.Р.). Толщина слоя соединений титана с ванадия и азотом (0,9 мкм до 10,0 мкм): 0,7 мкм (Н.Р.); 0,9 мкм (У.Р.); 2,5 мкм (У.Р.); 5,0 мкм (У.Р.); 10,0 мкм (У.Р.); 12,0 мкм (Н.Р.). Общая толщина покрытия (от 6,0 мкм до 50,0 мкм): 5,0 мкм (Н.Р.); 6,0 мкм (У.Р.); 15,0 мкм (У.Р.); 30,0 мкм (У.Р.); 40,0 мкм (У.Р.); 50,0 мкм (У.Р.); 60,0 мкм (Н.Р.).Thickness of the titanium layer with vanadium (0.2 µm to 1.5 µm): 0.1 µm (N.R.); 0.2 µm (U.R.); 0.5 µm (U.R.); 1.0 µm (U.R.); 1.5 µm (U.R.); 2.0 µm (N.R.). Thickness of the layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen (0.9 µm to 10.0 µm): 0.7 µm (N.R.); 0.9 µm (U.R.); 2.5 µm (U.R.); 5.0 µm (U.R.); 10.0 µm (U.R.); 12.0 µm (N.R.). Total coating thickness (from 6.0 µm to 50.0 µm): 5.0 µm (N.R.); 6.0 µm (U.R.); 15.0 µm (U.R.); 30.0 µm (U.R.); 40.0 µm (U.R.); 50.0 µm (U.R.); 60.0 µm (N.R.).

Общая толщина покрытия-прототипа и покрытия, нанесенного по предлагаемому способу, составляла от 6 мкм до 50 мкм.The total thickness of the prototype coating and the coating applied according to the proposed method ranged from 6 μm to 50 μm.

В качестве испытуемых образцов использовались пластины размерами 15 х 20х 4 мм из титановых сплавов , а также лопатки компрессора газотурбинного двигателя и лопатки газотурбинной установки. Plates measuring 15 x 20 x 4 mm made of titanium alloys, as well as compressor blades of a gas turbine engine and blades of a gas turbine unit were used as test samples.

В качестве дополнительной упрочняющей обработки перед нанесением покрытия использовали ионную имплантацию. Ионная имплантация ионами азота: энергия 18 кэВ (Н.Р.); 20 кэВ (У.Р.); 24 кэВ (У.Р.); 30 кэВ кэВ (У.Р.); 40 кэВ (У.Р.); 45 кэВ (Н.Р.); доза - 1,3·10¹⁷ см^-2 (Н.Р.); 1,5·10¹⁷ см^-2 (У.Р.); 1,8·10¹⁷ см^-2 (У.Р.); 2,1·10¹⁷ см^-2 (У.Р.); 2,5·10¹⁷ см^-2 (У.Р.); 3,0·10¹⁷ см^-2 (Н.Р.);Ion implantation was used as an additional strengthening treatment before coating. Ion implantation with nitrogen ions: energy 18 keV (N.R.); 20 keV (U.R.); 24 keV (U.R.); 30 keV keV (U.R.); 40 keV (U.R.); 45 keV (N.R.); dose - 1.3·10 ¹⁷ cm ^-2 (N.R.); 1.5·10 ¹⁷ cm ^-2 (U.R.); 1.8·10 ¹⁷ cm ^-2 (U.R.); 2.1·10 ¹⁷ cm ^-2 (U.R.); 2.5·10 ¹⁷ cm ^-2 (U.R.); 3.0·10 ¹⁷ cm ^-2 (N.R.);

Эрозионная стойкость поверхности образцов исследовалась по методике, изложенной в ГОСТ 23.201-78 при воздействии абразивными частицами электрокорунда средним размером частиц 0,04 мм, вращении центробежного ускорителя с частотой 9600 об/мин, углах атаки 30 и 45 градусов. Результаты испытаний (фиг.1 и фиг.2) показали, что эрозионная стойкость покрытий, полученных по предлагаемому способу, увеличилась по сравнению с покрытием-прототипом приблизительно от 2,8 до 6 раз.The erosion resistance of the surface of the samples was studied according to the method outlined in GOST 23.201-78 under exposure to abrasive particles of electrocorundum with an average particle size of 0.04 mm, rotation of a centrifugal accelerator with a frequency of 9600 rpm, angles of attack of 30 and 45 degrees. The test results (Fig. 1 and Fig. 2) showed that the erosion resistance of coatings obtained using the proposed method increased compared to the prototype coating by approximately 2.8 to 6 times.

Таким образом, предложенный способ защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от газоабразивной эрозии позволяет увеличить, по сравнению с прототипом, эрозионную стойкость лопаток из титановых сплавов, что подтверждает заявленный технический результат предлагаемого изобретения - повышение стойкости лопаток компрессора ГТД к эрозионному износу.Thus, the proposed method of protecting gas turbine engine compressor blades made of titanium alloys from gas abrasive erosion makes it possible to increase, in comparison with the prototype, the erosion resistance of blades made of titanium alloys, which confirms the stated technical result of the proposed invention - increasing the resistance of gas turbine engine compressor blades to erosive wear.

Claims (9)

1. Способ защиты пера лопатки компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от газоабразивной эрозии, включающий полирование пера лопатки с последующим нанесением на перо лопатки ионно-плазменного многослойного покрытия в виде заданного количества пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом, отличающийся тем, что в качестве металла используют ванадий, ионно-плазменное многослойное покрытие наносят с соотношением титана к ванадию в слоях, мас.%: V от 2,5% до 98%, остальное - Ti, причем слой титана с ванадием наносят толщиной S₁ от 0,1 до 1,5 мкм, а слой соединений титана с ванадием и азотом наносят толщиной S₂ от 0,5 до 10,0 мкм при общей толщине многослойного покрытия S₀ не более 50 мкм, при этом количество пар слоев в покрытии рассчитывают из условия, определяемого из выражения:1. A method for protecting the blade feather of a gas turbine engine compressor made of titanium alloys from gas abrasive erosion, which includes polishing the blade feather followed by applying an ion-plasma multilayer coating to the blade feather in the form of a specified number of pairs of layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen, characterized in that vanadium is used as the metal, the ion-plasma multilayer coating is applied with the ratio of titanium to vanadium in the layers, wt.%: V from 2.5% to 98%, the rest is Ti, and a layer of titanium with vanadium is applied thickness S ₁ from 0.1 to 1.5 microns, and a layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen is applied with a thickness S ₂ from 0.5 to 10.0 microns with a total thickness of the multilayer coating S ₀ no more than 50 microns, while the number of pairs layers in the coating are calculated from the condition determined from the expression: n = S₀ / (S₁ + S₂),n = S ₀ / (S ₁ + S ₂ ), где n – общее количество пар слоев в покрытии.where n is the total number of pairs of layers in the coating. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полирование поверхности пера лопатки ведут электролитно-плазменным методом путем приложения к нему электрического потенциала от 280 до 300 В, при температуре электролита от 70 до 90°С, при величине тока от 0,4 до 0,6 А/см², используя в качестве электролита водный раствор с содержанием от 1,0 до 7,0 мас.% гидроксиламина солянокислого и содержанием от 0,4 до 1,0 мас.% NaF или KF, а также от 1,0 до 5,0 мас.% KCl или NaCl.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface of the blade blade is polished using the electrolyte-plasma method by applying to it an electric potential from 280 to 300 V, at an electrolyte temperature from 70 to 90 ° C, at a current value from 0.4 up to 0.6 A/cm ² , using as an electrolyte an aqueous solution containing from 1.0 to 7.0 wt.% hydroxylamine hydrochloride and containing from 0.4 to 1.0 wt.% NaF or KF, as well as from 1.0 to 5.0 wt.% KCl or NaCl. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после полирования пера лопатки проводят его ионно-имплантационную обработку ионами азота с энергией от 20 до 40 кэВ и дозой от 1,5⋅10¹⁷ до 2,5⋅10¹⁷ см^-2.3. The method according to claim 1, characterized in that after polishing the blade feather, it is subjected to ion-implantation treatment with nitrogen ions with an energy from 20 to 40 keV and a dose from 1.5⋅10 ¹⁷ to 2.5⋅10 ¹⁷ cm ^-2 . 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после электролитно-плазменного полирования пера лопатки проводят его ионно-имплантационную обработку ионами азота с энергией от 20 до 40 кэВ и дозой от 1,5⋅10¹⁷ до 2,5⋅10¹⁷ см^-2.4. The method according to claim 2, characterized in that after electrolyte-plasma polishing of the blade feather, it is subjected to ion-implantation treatment with nitrogen ions with an energy of 20 to 40 keV and a dose of 1.5⋅10 ¹⁷ to 2.5⋅10 ¹⁷ cm ^-2 . 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют с использованием по крайней мере двух одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей, один из которых выполнен из ванадия, а другой - из титана, причем упомянутые электродуговые испарители располагают в периферийной части цилиндрической рабочей камеры вакуумной установки, а лопатки компрессора вращают одновременно вокруг собственной оси и относительно оси рабочей камеры установки и тем самым перемещают относительно электродуговых испарителей, при этом скорость вращения лопаток компрессора относительно собственной оси составляет от 8 до 40 об/мин, а относительно оси камеры установки - от 2 до 8 об/мин.5. Method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the application of layers of titanium compounds with vanadium is carried out using at least two simultaneously operating separate electric arc evaporators, one of which is made of vanadium and the other of titanium, and the mentioned electric arc evaporators are located in the peripheral part of the cylindrical working chambers of the vacuum installation, and the compressor blades rotate simultaneously around their own axis and relative to the axis of the working chamber of the installation and thereby move relative to the electric arc evaporators, while the speed of rotation of the compressor blades relative to their own axis ranges from 8 to 40 rpm, and relative to the axis of the installation chamber - from 2 to 8 rpm. 6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота.6. Method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the application of layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the assisted mode with argon ions, and layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the assisted mode with nitrogen ions. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота.7. The method according to claim 5, characterized in that the application of layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the assisted mode with argon ions, and layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the assisted mode with nitrogen ions.