автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Технологическое обеспечение характеристик усталостной прочности, жаростойкости и сопротивления коррозии лопаток ГТД нового поколения с применением ионных и электронных пучков

На правах рукописи

0050043//

Теряев Дмитрий Анатольевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ, ЖАРОСТОЙКОСТИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ КОРРОЗИИ ЛОПАТОК гтд НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ

ПУЧКОВ

Специальность 05.07.05. "Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных

аппаратов"

- 1 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва-2011

005004327

Работа выполнена на кафедре «Технология производства двигателей летательных аппаратов» Московского авиационного института (национального исследовательского университета).

Научный руководитель:

Ведущая организация: ОАО «ММП имени В.В. Чернышева», г. Москва. Защита состоится "12" декабря 2011 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 125. 08 при Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (национального исследовательского университета)

¿л

Автореферат разослан ноября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Д212.125. 08, профессор, д.т.н. , _Зуев Ю. В.

доктор физико-математических наук, Шулов Вячеслав Александрович;

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

- Надирадзе Андрей Борисович; кандидат технических наук, доцент

- Волков Николай Васильевич.

Общая характеристика работы

Разработка и совершенствование методов поверхностной обработки деталей и заготовок с использованием концентрированных импульсных потоков энергии (КИПЭ) имеет ряд преимуществ перед классическими методами поверхностной механической, химической и термомеханической обработок: формирование уникального физико-химического состояния материала поверхностного слоя; достижение рекордных точности изготовления (на нанометровом уровне) и шероховатости поверхности (Ка~0,05-0,06 мкм); экологическая чистота; высокая производительность (площадь поперечного сечения энергетических потоков изменяется от 30 см2 до 1 м2, а длительность импульса - от 10 не до нескольких десятков микросекунд); умеренные цены за оборудование и его обслуживание (не более $ 10 за обработку 1 м2 поверхности). Применение КИПЭ имеет по сути дела только один недостаток: высокая наукоемкость разрабатываемых технологий, обусловленная необходимостью проведения длительных и дорогостоящих исследований влияния режимов облучения на физико-химическое состояние материала в поверхностных слоях деталей.

Данная работа сконцентрирована, прежде всего, на использовании сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП), которые являются одними из наиболее доступных и развитых видов КИПЭ для модификации свойств деталей авиационной техники и, в частности, для повышения уровня коррозионных и усталостных свойств лопаток компрессора ГТД, изготавливаемых из титановых сплавов и жаропрочных сталей типа ЭП866ш.

В последнее время разработчикам оборудования в НИИЭФА г. Санкт-Петербург (ускорители «ГЕЗА») и в ИСЭ г. Томск удалось получить широкоаппертурные электронные, импульсные пучки с высокой однородностью распределения плотности энергии по сечению, что резко интенсифицировало исследования в области модификации поверхности СИЭП. Кроме того, КПД формирования СИЭП поднимает в целом энергетику пучка до 100-200 Дж/см2) и обеспечивает, тем самым, решение большего круга задач (модификация материалов в поверхностных слоях толщиной до 30 мкм, за счет высокоскоростного плавления и последующей перекристаллизации, нанесение относительно толстых покрытий, абляция поверхностных слоев с целью ремонта поврежденных при эксплуатации изделий, перемешивание материала предварительно нанесенных покрытий толщиной до 20-30 мкм с материалом подложки и т.д.). Успехи, достигнутые научными школами проф. Проскуровского Д.И. и проф. Энгелько В.И., выглядят особенно впечатляющими с позиций международной признательности. Им удалось наладить производство и поставку своих ускорителей в такие развитые страны мирового сообщества как Германию и Японию. В России в работах Панкина А.Г. и Белова А.Б. была показана высокая эффективность обработки СИЭП для модифицирования и ремонта лопаток ГТД из титановых сплавов и

жаропрочных сталей. Однако авторам не удалось объяснить полученные результаты с материаловедческих позиций, провести длительные натурные испытания на технологическом изделии и кардинально повысить сопротивление пылевой эрозии и солевой коррозии. Последнего можно добиться только нанесением защитных покрытий и в, частности, покрытий на основе МАХ-материалов.

В этой связи целью настоящей диссертации являлось изучение механизмов изменения эксплуатационных характеристик лопаток КВД из жаропрочных сплавов, проведение длительных испытаний модифицированных электронными пучками лопаток на технологическом изделии, а также разработка технологического процесса нанесения эрозионно-коррозионно-стойких покрытий на основе МАХ-фаз.

Таким образом, актуальность данной работы в фундаментальном отношении определяется необходимостью получения базовых знаний о влиянии режимов обработки сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние поверхностных слов и эксплуатационные свойства деталей из жаропрочных сплавов, а с практической точки зрения - возможностью внедрения разработанных техпроцессов на предприятиях отрасли уже в ближайшее время.

Для достижения сформулированной цели было необходимо реализовать постановку и последующее решение большого числа задач методического, фундаментального и практического плана: (1) модернизация комплексной методики исследования физико-химического состояния нано - и микро -метровых поверхностных слоев деталей из многокомпонентных гетерогенных материалов, основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ (при регистрации дифрактограмм с фокусировкой по Бреггу-Брентано на малых и больших углах, а также при использовании методики скользящего пучка, РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) адаптация методики термодинамического анализа к процессам, протекающим в поверхностном слое при облучении деталей СИЭП; (3) оценка оптимальных режимов электроннолучевой обработки лопаток из жаропрочных сплавов; (4) определение микро-нано-структуы в поверхностных слоях облученных лопаток, изучение механизмов изменения свойств лопаток в результате облучения СИЭП; (6) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком деталей в составе изделия; (7) определение эксплуатационных характеристик деталей проточной части компрессора ГТД, прошедших электронно-лучевую обработку; (8) обсуждение и обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (9) создание оборудования для

электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из жаропрочных сплавов.

Научная новизна работы. Достижение сформулированной цели, в соответствии с общим планом исследований, практически полностью отражает научную новизну полученных в диссертации данных. Впервые не только доказана высокая эффективность использования сильноточных электронных пучков с энергией 100-120 кэВ для модификации свойств лопаток компрессора высокого давления из жаропрочных титановых сплавов и жаропрочной стали ЭП866Ш, но и разработаны технологические процессы электронно-лучевой обработки этих деталей с апробацией технологических процессов на двигателе РД-33.

Кроме того, впервые были получены экспериментальные результаты влияния предварительной механической обработки на оптимальные режимы облучения СИЭГТ с точки зрения формируемого физико-химического состояния и уровня эксплуатационных свойств компонентов двигателя, изготовленных из титановых сплавов, что позволяет получить уникальные данные для моделирования процессов, протекающих в твердом теле при экстремально высоких скоростях нагрева и охлаждения.

Эта часть работы является одной из важнейших составляющих решения проблемы создания высокоинтенсивных технологий электронно-лучевой импульсной обработки деталей широкой номенклатуры.

Разработанная и апробированная при испытаниях на двигателе технология электронно-лучевой обработки лопаток КВД из стали ЭП866Ш не имеет аналогов в авиационном двигателестроении и составляют основу для создания перспективных технологий изготовления двигателей для истребителей новых поколений.

На защиту выносятся:

1. Методики определения текстуры и субструктуры с помощью рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов и жаропрочных сталей, подвергнутых обработке сильноточными импульсными электронными пучками.

2. Результаты исследования текстурных и субструктурных изменений в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов и жаропрочных сталей, подвергнутых обработке сильноточными импульсными электронными пучками с различными плотностями энергии в импульсе.

3. Эффект влияния предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала поверхностного слоя формируемого при облучении СИЭП.

4. Результаты стендовых испытаний и длительных натурных испытаний на технологическом двигателе РД-33 лопаток модифицированных сильноточным импульсным электронным пучком. Коррекция оптимальных режимов электронно-лучевой обработки.

5. Технологические процессы модифицирования поверхности лопаток из титановых сплавов и сталей с учетом коррекции режимов облучения.

6. Технологические процессы нанесения МАХ покрытий в плазме тлеющего разряда и вакуумно-дуговым методом с сепарацией плазмы от капельной фракции.

7. Результаты исследования физико-химического состояния МАХ покрытий, осажденных на поверхность лопаток из титановых сплавов, и влияния осажденных МАХ-покрытий на усталостную прочность и эрозионную стойкость лопаток 3 ступени КВД РД-33.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации, обеспечивающие разработку и внедрение новых технологических процессов нанесения защитных покрытий на основе МАХ-фаз и модификации поверхности деталей широкой номенклатуры из жаропрочных титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков.

Разработаны экологически чистые опытно-промышленные технологии нанесения МАХ-покрытий и электронно-лучевой обработки лопаток компрессора из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, позволяющие заменить некоторые виды высокоточной механической и химической обработок, существенно повысить ресурс и надежность эксплуатации этих деталей в составе двигателя РД-33.

По результатам длительных натурных испытаний на технологическом изделии, принято решение о реализации внедрения электронно-лучевых технологии модификации лопаток из стали ЭП866И1 в серийное производство (ММП им. В. В. Чернышева). Для реализации этого внедрения технологический участок оснащен промышленным ускорителем "ГЕЗА-ММП".

Методика исследования физико-химического состояния поверхностных слоев методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа жаропрочных титановых сплавов использовалась в ряде организаций Российской Федерации (ИСЭ СО РАН, НИИЯФ г. Томск, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова и др.).

Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась при реализации программы исследований по проекту №2.1.28700 «Разработка основ технологических процессов нанесения коррозионно-эрозионно-стойких МАХ-покрытий на поверхность деталей из титановых сплавов с помощью сильноточных импульсных ионных и электронных пучков» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», а также по проекту №2.1.2/6415 «Разработка комплексных технологий восстановления свойств и ремонта деталей компрессора и турбины газотурбинных двигателей нового поколения с применением сильноточных импульсных ионных и электронных пучков»

аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)».

Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов.

Апробация работы н научные публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: 10-я Международная конференция по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в 2010 г. (г. Томск, Россия), 8-я и 9-я Международные конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» в 2009 и 2011 гг. (г. Минск, Беларусь), 9-th International Conference «Materials Science and Engineering», Darmstadt, Germany, 24-26 August 2010 г. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ из них 7 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Личный вклад автора. Автор научно обосновал эффект влияния предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала поверхностного слоя формируемого при облучении сильноточным импульсным электронным пучком. Все исследования и испытания серийных и облученных лопаток, а также методики их исследований в МАИ и на ММП им. В.В. Чернышева были спланированы и выполнены непосредственно автором диссертации.

Автор разработал: технологические процессы электронно-лучевой обработки лопаток компрессора из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, а также стали ЭП866Ш; модель выбора оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток ГТД на основе построения профилей остаточных напряжений; методику проведения длительных испытаний облученных лопаток КВД ГТД РД-33. Непосредственно по инициативе автора были начаты и реализованы работы по определению свойств лопаток и модельных образцов с МАХ-покрытиями, полученными вакуумно-плазменным методом при ассистировании ионной имплантацией и сепарации плазмы от капельной фракции и методом осаждения в тлеющем разряде.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 182 стр. и состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 103 наименований и приложения А. В работе представлено 119 рисунков и 26 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обсуждаются проблемы актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, ее практическая значимость и пути реализации результатов исследований.

В первой главе приведены и проанализированы, как результаты фундаментальных работ по теории взаимодействия ускоренных электронов с

твердым телом, так и последние данные, посвященные компьютерному моделированию процессов, протекающих при этих взаимодействиях, что позволяет оценить температурные поля в материале в процессе электроннолучевой обработки, а также распределения остаточных напряжений по глубине облучаемых мишеней. Кроме того, первая глава посвящена методикам облучения, изучения физико-химического состояния поверхностных слоев и определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора из жаропрочных сталей и титановых сплавов. В ней приведены данные о химическом составе и термообработке стали ЭП866Ш и титановых сплавов ВТ6, ВТ8, ВТ9, из которых были изготовлены лопатки вентилятора и компрессора ГТД РД-33 и РД-1700, а также сведения об оборудовании, использованном при облучении, нанесении покрытий и исследовании физико-химического состояния поверхности и испытаниях. Облучение модельных образцов и лопаток осуществлялось на ускорителях «Геза-1», «Геза-2» и «Геза-ММП» при следующих значениях основных параметров: \¥=15-90 Дж/см2; Е=115-120 кэВ; т=15-40 мкс. Однородность пучка непрерывно контролировалась от импульса к импульсу (установки работали в режиме одиночных импульсов при скважности срабатывания 30-40 с). Термообработка облученных мишеней проводилась в вакуумной печи "иЬУАК" в вакууме не хуже 10"5 мм. рт. ст.

Отдельное внимание в первой главе уделено методикам определения эксплуатационных свойств модельных образцов и лопаток. Усталостные испытания образцов и лопаток, изготовленных по серийной технологии, и прошедших электронно-лучевую обработку, были реализованы на магнитострикционных вибростендах с частотой нагружения 3000-3300 Гц при комнатной температуре и при температуре эксплуатации (450-600 °С). Поверхности изломов изучались методами оптической и электронной фрактографии. Испытания на жаростойкость проводились на модельных образцах и лопатках, помещенных в муфельную печь и выдерживаемых при температуре 450-600 °С в течение длительного времени на воздухе. Сопротивление окислению определялось по толщине окисленного слоя (Ь0 , мкм) при различных временах термоэкспозиции: 100,200, 300,400 и 500 часов. Кроме этого окисленные поверхности лопаток исследовались методами ЭОС и РСА, что позволяло получить информацию о механизмах окисления и причинах изменения жаростойкости в результате обработки СИЭП.

Кроме того, в первой главе, на базе основных положений химической термодинамики, предложены и апробированы: (1) оригинальная методика выбора оптимальных режимов электронно-лучевой импульсной обработки деталей из титановых сплавов, позволяющая построить профили распределения остаточных напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения, когда в поверхностных слоях мишеней достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз; (2) методика выбора типа защитного покрытия, которая осуществляется в соответствии с фундаментальными принципами

сопоставления основных механических и физико-химических свойств материалов пары "покрытие-подложка", а правильнее - "покрытие -поверхностный слой подложки", причем, как было показано, уже на начальном этапе конструирования композиции должны быть учтены технологические особенности и возможности наиболее вероятных методов нанесения покрытия.

В первой главе выполнен критический анализ литературных данных, посвященных вопросам апробирования в качестве материалов для коррозионно-эрозионно-стойких покрытий на поверхности лопаток компрессора из титановых сплавов, так называемых МАХ-фаз. Эти материалы являлись базовыми при разработке в ВИАМе титановых сплавов ВТ41 и ВТ41М для изготовления лопаток компрессора ГТД истребителей 6-го поколения. Последнее объясняется низким удельным весом, рекордно высокими жаростойкостью и жаропрочностью при удовлетворительной технологичности этих материалов, называемых «металлическими керамиками» или «керамическими сплавами». Эти экспериментальные данные были получены в лабораториях США, Японии, Франции, Швеции и России при исследовании процессов синтеза и при определении, прежде всего, механических и коррозионных свойств МАХ-материапов, а также результатов работ по проблеме нанесения защитных покрытий на основе МАХ-фаз.

Под МАХ-фазой понимается тройная система МП+1АХП с гексагональной плотной упаковкой, где М - переходный металл; А - элемент А-подгруппы таблицы Менделеева; X - углерод или азот (и возможно - бор). Среди множества МАХ-фаз, синтезированных к настоящему времени, наибольший интерес, с позиций уровня их свойств, представляют МАХ-фазы на основе титана: Т12А1С, Т12АШ, ТЦА1С2, особенно И38Ю2 и И38Ш2. Именно свойства этих материалов позволили М. Барзоу (Дрессельский университет, США) сделать вывод о рекордно высоком сопротивлении этих материалов к ударным нагрузкам и построить диаграмму сопоставления температуры разрушения при нагрузке 140 МПа за 10000 часов (Тр) и температуры окисления на глубину 2,5 мм за 10000 часов (Т0) для различных материалов. Эта диаграмма сопоставления (Тр) (Т0), наряду с данными о термостабильности и жаростойкости МАХ-фаз в аргоне (до 1700 °С) и на воздухе (до 1500 °С) соответственно, свидетельствует об их высокой перспективности для авиадвигателестроения. Еще одним достоинством этих материалов является их хорошая технологичность, т. е. возможность формообразования стандартными методами механической обработки.

В заключительной части первой главы приводятся результаты исследования физико-химического состояния (химический состав, фазовый состав, структурные характеристики) поверхностных слоев образцов и лопаток из титановых сплавов, приготовленных для нанесения эрозионно-коррозионн-стойких покрытий и электронно-лучевой обработки, проведенного с использованием описанных методик. Полученные на данном этапе данные о физико-химическом состоянии поверхностных слоев образцов и лопаток из

титановых сплавов, на поверхность которых будут наноситься покрытия, позволяют сделать следующие выводы:

• поверхностные слои толщиной до 200 нм обеднены алюминием и загрязнены примесями углерода и кислорода;

• содержание (3-фазы достигает 7,5 % (сплав ВТ6) и 8,6 % (сплав ВТ9);

• микроструктура материала в поверхностном слое - глобулярно-пластинчатая и соответствует 3-му классу по шкале микроструктур лопаточных титановых сплавов (классификация ВИАМ);

• в поверхностном слое присутствует большое количество двойников и дислокаций, особенно в окрестности острых кромок лопаток;

• распределение физико-химического состояния по поверхности спинки и корыта лопаток неоднородно, что проявляется в резком увеличении интенсивности экзоэлектронной эмиссии и микротвердости в окрестности кромок;

• в поверхностном слое исходных лопаток за счет финишной механической обработки (виброглянцевание) сформированы небольшие остаточные сжимающие напряжения;

• шероховатость поверхности образцов и лопаток не превышает 0,36 мкм. Вторая глава содержит данные об исследовании физико-химического

состояния поверхностных слоев образцов и лопаток из титановых сплавов после обработки СИЭП. Здесь использованы результаты, полученные в, уже ставшими фундаментальными, работах сотрудников МАИ, НИИЭФА имени Д.В. Ефремова и ММП имени В.В. Чернышева: Шулова В.А., Энгелько В.И, Панкина А.Г., Белова А.Б. и Ткаченко К.И. Однако основное внимание было сконцентрировано на анализе выполненных автором исследований методами ПЭМ и РСА.

В ранних работах изучалось влияние режимов электронно-лучевой и финишной термической или термомеханической обработок на эксплуатационные свойства лопаток из а+Р-титановых сплавов ВТ6 и ВТ9, в результате чего было установлено, что, используя облучение СИЭП в ускорителе «Геза-1» при энергии электронов 115-120 кэВ, плотности энергии 18-20 Дж/см и числе импульсов более 2 удается повысить следующие характеристики лопаток: предел выносливости - от 10 до 40 %; эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза; сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза. В то же время исследований субструктуры, формируемой в поверхностных слоях на стадии облучения, до сих пор реализовано не было, что не позволяет дать однозначного ответа на вопрос о причинах различного поведения обработанных СИЭП лопаток из сплавов ВТ6 и ВТ9 при проведении усталостных испытаний (облученные при адекватных условиях лопатки из сплава ВТ6 характеризовались повышением предела выносливости а.1 на 20% непосредственно после обработки СИЭП и на 40% после финишной термообработки при 520-560 °С в вакууме 10'6 мм. рт. ст. в течение 2 часов, а

лопатки из сплава ВТ9 - резким снижением величины о.] на 80 % после облучения и только в результате финишной термомеханической обработки при 520-560 °С и нагрузке 160-180 МПа удавалось повысить предел усталости на 20%).

В этой связи проводились исследования химического состава и микроструктуры в поверхностных слоях лопаток из сплавов ВТ6 и ВТ9, подвергнутых обработке СИЭП методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и рентгеновского микроанализа.

Результаты исследования методом ПЭМ свидетельствуют о том, что исходная микроструктура сплавов ВТ9 и ВТ6 является глобулярно-пластинчатой, двухфазной, с удлиненными субзернами а-фазы размером 1-5 мкм (светлые области). По границам субзерен располагаются темные прослойки р-фазы (оторочка) или превращенной р-фазы (темные полосчатые области) являющейся по сути дела пересыщенной мартенситной а'-фазой. После облучения лопаток из сплава ВТ9 микро-структура в поверхностном слое выглядит как полностью мартенситная с а'- и а"-пластинами, имеющими различную ориентировку. Результаты рентгеновского микроанализа для лопаток из титановых сплавов представлены в таблице 1. Таблица 1. Элементный состав на глубине 10-15 мкм по данным РМА (масс. %)

в различных макроточках материала лопаток после обработки СИЭП.

сплав точка анализа А1 Mo V

ВТ6 а- или а-пластины 6.1 - 2.7

оторочка а-а- пластин 6.1 - 3.9

ВТ9 а- пластины 7.5 4.0 -

оторочка а -а- пластин 6.8 9.5 -

глобулярное выделение 10.4 1.1 -

После обработки лопаток из сплава ВТ9 СИЭП микроструктура в поверхностном слое выглядит как полностью мартенситная с а'- и а"-пластинами, имеющими различную кристаллографическую ориентировку. Эти пластины толщиной до 200 нм, имеющие игольчатую форму, можно наблюдать как в продольном, так и в поперечном сечениях лопатки. По сравнению с а-пластинами, которые присутствуют в поверхностных слоях серийных лопаток из сплава ВТ9, мартенситные пластины имеют игольчатую форму и характеризуются значительно меньшими размерами, наличием первичных и вторичных двойников и повышенной плотностью дислокаций. Кроме того, в окрестности сформированных при высокоскоростной перекристаллизации а'- и

а"-пластин присутствуют мелкодисперсные выделения обогащенные алюминием и молибденом (табл. 1). Образование такого рода конгломератов не наблюдается в лопатках из сплава ВТ6.

Процесс высокоскоростной направленной кристаллизации начинает протекать в поверхностном слое лопаток непосредственно после прекращения действия импульса при реализации облучения в режиме «плавления». Поскольку в данном случае затравками при кристаллизации являются края структурных элементов сплава (пластин или глобул), направления их роста будут определяться ориентацией этих элементов и направлением теплоотвода. В этой связи при дендритном росте кристаллитов они взаимодействуют друг с другом, направления их роста пересекаются и ориентация формируемых а-пластин может не совпадать с нормалью к поверхности, что и наблюдается на практике. В условиях высокоскоростной и высокоградиентной кристаллизации титановых сплавов имеют место условия для протекания ликвации в поверхностном слое. Наиболее благоприятны условия для реализации ликвации в поверхностных слоях лопаток из сплава ВТ9, что обусловлено высокими значениями коэффициента стабилизации Р-фазы для сплава ВТ9 - Кр=0,45 (Кр=0,3 для сплава ВТ6) и коэффициента распределения молибдена (Ко=1,83 -Мо, Ко=0,80 - V). Кроме того, ванадий имеет более высокие коэффициент диффузии в титане и растворимость в а-фазе (до 3,5 масс.%), чем молибден (до 2 масс. %). Высокая дисперсность конгломератов р-фазы связана с тем, что продолжительность обработки материала поверхностного слоя ври а+р областях не превышает нескольких сотен микросекунд (КГ6 - 10^ с). За это время рост сформированных зародышей р-фазы в условиях высокого градиента температур приводит к образованию тонкодисперсных пластин (игольчатый тип микроструктуры).

Поэтому структурные неоднородности после завершения кристаллизации в поверхностных слоях деталей из сплава ВТ6, в отличие от мишеней из сплава ВТ9, могут быть легко устранены с помощью финишной термообработки в вакууме. Для деталей же из сплава ВТ9 необходимо проводить термомеханическую обработку.

Таким образом, методом ПЭМ было показано, что облучение СИЭП в режиме плавления приводит к формированию в поверхностном слое толщиной 20-25 мкм тонкодисперсной пластинчатой (игольчатой) микроструктуры. При этом, в отличие от лопаток из сплава ВТ6, в модифицированном поверхностном слое лопаток из сплава ВТ9 отмечено присутствие глобулярных выделений размером 10-100 нм с повышенной концентрацией алюминия или молибдена. Последнее может привести к снижению предела выносливости. Еще одной причиной этого может быть текстурообразование в поверхностном слое при облучении СИЭП.

В этой связи, во второй главе представлены результаты исследования текстуры, формируемой в перекристаллизованном материале поверхностного

слоя деталей из сплава ВТ9 при их облучении СИЭП в режиме плавления. Некоторые из полученных результатов представлены на рис. 1 и 2.

(0001)« {11.0}« {ОО1}0

Рисунок 1. Прямые полюсные фигуры (0001) и {11.0} а-фазы необлученного

образца из сплава ВТ9.

(0001), {11.0}« {001}(, Рисунок 2. Прямые полюсные фигуры (0001) и {11.0} а-фазы, зарегистрированные с поверхности образца из сплава ВТ9 после облучения СИЭП при 18-20 Дж/см2 четырьмя импульсами.

Рентгеновское исследование образцов заключалось в изучении кристаллографической текстуры по методу прямых полюсных фигур. Текстура позволяет восстановить предысторию исследуемых образцов, повторяя симметрию использованной деформационной схемы. У каждого типа кристаллической решетки, в зависимости от действующих в ней механизмов деформации, существуют ориентации зерен, устойчивые по отношению к сжатию, растяжению и их комбинации, и именно эти ориентации отвечают основным компонентам текстуры изделий. В рассматриваемом случае модификации пучком электронов кристаллизация расплавленного слоя будет протекать с образованием разных текстур в случаях, когда она проходит независимо от подложки или с повторением ориентации ее зерен; текстура слоя, претерпевшего нагрев до температур р-области с последующей закалкой, будет обнаруживать большее или меньшее рассеяние по сравнению с исходной в зависимости от того, будут ли реализовываться все варианты ориентационного соотношения между Р- и а-фазами при а—>р—»а превращениях, ведущих к размножению исходных ориентации. Отклонение наблюдаемых текстур от прогнозируемых указывает на существование эффектов, не учитываемых при априорном анализе ситуации. В отношении

текстуры исходных прутков остается вопрос, касающийся преобладания в текстуре растяжения остаточной (3-фазы компоненты <001>, наблюдаемой на полюсных фигурах необлученных образцов, а также на обратной стороне облученных образцов. В этой связи можно сослаться на появление оси <001> в качестве направления растяжения или прокатки в некоторых сплавах с ОЦК-решеткой, особенно - при повышенных температурах деформации. Сопряженное с облучением сжатие объясняет формирование в образцах текстуры, резко отличающейся от исходной. В |3-фазе вдоль нормали к оси таблетки, совпадавшей в исходном прутке с направлением растяжения, под облучением устанавливаются оси <001>р и <111>р, устойчивые в ОЦК-решетке по отношению к деформации сжатием. Соответственно, в текстурах сжатия для сплавов с ОЦК-решеткой главными являются компоненты, в зернах которых перпендикулярно оси сжатия располагаются плоскости {001} и {111}. После р—»а фазового превращения при соблюдении указанного выше ориентационного соотношения в зернах образовавшейся а-фазы альтернативно реализуются две возможности: (1) базисные плоскости (0001) отстоят от плоскости поверхности на 45° (и на 90°), (2) плоскости {11.0} параллельны плоскости поверхности или отстоят от нее на 60°. (Эти ориентировки устанавливаются при анализе построенных полюсных фигур с помощью стандартных стереографических проекций). Однако, если текстура растяжения исходного прутка в первом приближении была аксиальной, формирующаяся вместо нее текстура сжатия таковой не является, что особенно резко выражено у образцов из сплава ВТ9. По-видимому, это связано с особенностями переориентации зерен в условиях осевой деформации. При реализации процесса модифицирования поверхности лопаток из жаропрочных сплавов было обнаружено существенное влияние предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала в поверхностном слое, что проиллюстрировано на рис. 3.

Рисунок 3. Внешний вид лопатки из сплава ВТ9, подвергнутой обработке СИЭП четырьмя импульсами при энергии электронов - 120 кэВ, длительности импульса - 30 мкс и плотности энергии в пучке - 18-20 Дж/см2.

Видно, что облучение СИЭП при плотности энергии 18-20 Дж/см2 приводит к формированию различного микрорельефа поверхности спинки и корыта лопатки, подвергнутые предварительной виброабразивной обработке, а также поверхности в окрестности зон перехода от спинки и корыта к замку, которые полировались. В этой связи было исследовано влияния предварительной механической обработки на толщину перекристаллизованного слоя при облучении СИЭП в таблице 2. Особенностью обработки СИЭП является реализация этого процесса в импульсном режиме, когда в поверхностном слое протекает термализация электронов за время действия импульса 20-30 мкс. Поэтому при анализе таких процессов необходимо учитывать кинетику их протекания. Термодинамическое же описание

сИЫ(3+(1А=Т<18-Рс1У

свидетельствует о том, что максимальные изменения внутренней энергии следует ожидать при облучении СИЭП образцов, прошедших предварительную механическую обработку пластическим деформированием. Кинетическое рассмотрение, наоборот, предсказывает максимальные изменения внутренней энергии после облучения мишеней, подвергнутых на предварительной стадии тонкому ручному полированию, так как время протекания релаксационных процессов обычно составляет Ю"12-10"10 сек. Поэтому часть энергии вводимой в поверхностный слой в виде тепла будет расходоваться на релаксацию остаточных механических напряжений, сформированных с помощью механического деформирования до облучения. Последнее подтверждается результатами металлографического анализа (таблица 2) образцов из сплавов ВТ8 и ВТ9, облученных СИЭП после различной предварительной механической обработки.

Таблица 2. Влияние предварительной механической обработки на толщину переплавленного поверхностного слоя, формируемого в результате обработки СИЭП одним импульсом при 25-27 Дж/см2 (ВТ8) и 32-35 Дж/см2 (ВТ8).

Сплав предварительная обработка Толщина мкм

ВТ9 виброабразивная 7,8-8,8

ручное полирование 12,7-14.3

ВТ8 обработка микрошариками 7,1-11,4

фрезерование 4,3-16,3

шлифование 15,4-17,8

виброабразивная 18,1-19,3

ручное полирование 23,7-24,4

Видно, что чем жестче условия предварительной механической обработки, т.е. чем выше степень механического деформирования, тем меньшие толщины перекристаллизованных поверхностных слоев фиксируются после облучения СИЭП. Это свидетельствует о высокой скорости протекания релаксационных процессов, величина которой, по крайней мере, превосходят значение скорости накачивания энергии в поверхностный слой при облучении. Повторное облучение нивелирует эффект влияния предварительной механической обработки на толщину перекристаллизованного слоя и приводит к формированию более однородного распределения элементного и фазового составов, а также структурных характеристик по всей поверхности от точки к точке, что должно положительно сказаться на эксплуатационных свойствах деталей (усталостной прочности, жаростойкости, эрозионной и коррозионной стойкости)

В третьей главе приведены данные о нанесении и основных структурно-фазовых характеристиках покрытий содержащих МАХ-фазу. Эта часть работы была реализована совместно с сотрудниками НИИЯФ при ТПУ А.И. Рябчиковым и И.Б. Степановым.

Для нанесения покрытий использовались источник ионных пучков и плазмы «Радуга5» отрицательного потенциала смещения и установка ННВ6 с дуговым испарителем. Технологический процесс нанесения покрытий содержал следующие операции:

• обезжиривание поверхности образцов ацетоном и спиртом, последовательно;

• промывка образцов в растворе четыреххлористого углерода в ультразвуковой ванне в течение 20 минут;

• закрепление образцов в вакуумной камере для обработки пучком ионов в источнике «Радуга-5»;

• обработка поверхности мишеней в течение 5 минут пучком ускорителя «Радуга-5» с одновременной подачей отрицательного потенциала смещения на образцы амплитудой до 700 В (параметры ускоряющего напряжения поддерживались на следующем уровне; длительность импульса т=400 мкс, частота следования импульса f=220 Гц, амплитудное значение ускоряющего напряжения U0 =20 кА;

• ионная имплантация при вышеперечисленных параметрах в течение 25 минут при снятии потенциала смещения с мишеней;

• нанесение покрытия из дугового испарителя, оборудованного катодом с закрепленным на нем фрагментом материала титан-кремний-бор (Ti; Si-20 масс.%; В - 8 и 5 масс. %) при подаче отрицательного потенциала смещения от 220 до 450 В.

Толщина осажденных покрытий варьировалась от 1 до 6 мкм. От нижней части образцов отрезались образцы-свидетели (длиной 8 мм), на которых определялись толщина покрытий (на приборе «Calotest»), адгезионная прочность (на приборе «Micro-Scratch Tester») и микротвердость (на приборе

«Nano Hardness Tester»). Оставшиеся части образцов проходили испытания на усталостную прочность при температуре 450 °С на воздухе при частоте нагружения 2800-3000 Гц и на эрозионную стойкость на стенде МАИ. Результаты некоторых измерений представлены в таблице 3 и на рис. 4. Таблица 3. Результаты измерений твердости и толщины покрытия системы

титан-кремний-бор.

Измеряемая характеристика Номер партии образцов

1 ^ 2 3 4

Толщина, мкм 5±0,1 4,1 ±0,1 6±0,2 1,1*0,1

Твердость ед. HV 1550±30 1140±30 1016±40 930±50

ТвердостьНи, ГПа 9,53±0,05 7,29±0,03 6,51±0,04 6,35±0,06

Методом СЭМ было установлено, что сформированные стекловидные покрытия характеризуются полным повторением рельефа поверхности подложки: отчетливо видны риски, царапины и другие дефекты. Модифицированный поверхностный слой состоит из двух зон при общей толщине около 30 мкм: зона 1, представляющая собой рентгено-аморфное покрытие толщиной 5-6 мкм (отчетливо видны два широких «гало», в интервале углов отражения 30-50 град и 60-80 град, соответствующих фазам Ti3SiB2, Ti5Si3 и TiB2) и зона 2, толщиной 20-25 мкм, формирование которой может быть связано с протеканием процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) непосредственно на подложке при осаждении покрытия с выделением большого количества теплоты. В результате этого в приповерхностном слое происходит высокоскоростной нагрев до температур сравнимых с температурой плавления и после завершения стадии осаждения покрытия реализуется высокоскоростное охлаждение за счет отвода тепла вглубь мишени. На возможность протекания СВС при ионно-лучевой обработке указывали Б.И Кузнецов и А.Е. Лигачев еще в начале восьмидесятых годов прошлого столетия. Именно эти исследователи впервые методом СВС изготовили катоды для реализации многокомпонентной импульсно-дуговой ионной имплантации в образцы из инструментальных сталей. Реализовать же процесс СВС на поверхности мишени до сих пор не удавалось в связи с низкими плотностями тока, которые обычно характерны для используемых на практике имплантеров (10-100 мкА/см2). Новые имплантеры «Радуга-5» и «Радуга-6» обеспечивают протекание процесса ионной имплантации при плотностях тока в импульсе вплоть до нескольких мА/смг.

При выполнении данной работы в Институте порошковой металлургии БАН проф. Гороховым В.М. с сотрудниками был разработан технологический процесс получения катодов на основе МАХ фаз Ti3SiB2, Ti3SiC2 и Ti2AlC. После спекания смеси порошков титана, кремния и бора, а также титана, алюминия и углерода был реализован процесс СВС при температурах 1300, 1400, 1500 и 1700 °С в течение 2 часов в изостате при давлении аргона 150-200 МПа для

уменьшения пористости синтезируемого материала. После завершения процесса СВС состояние полученного материала изучалось методами РСА, ЭОС и ОМ. Выбор оптимальных режимов процесса СВС и его реализация для систем титан-кремний-бор, титан-кремний-углерод и титан-алюминий-углерод позволили получить катоды на основе МАХ-фаз диаметром 80 мм и толщиной более 20 мм для получения соответствующих МАХ-покрытий вакуумно-дуговым методом при сепарации плазмы от капельной фракции и асситировании процесса нанесения покрытия ионной имплантацией.

Рисунок 4 - Топография поверхности лопатки из сплава ВТ6 (РД-1700) с покрытием титан-кремний-бор, полученном на ускорителе Радуга-5 (толщина

покрытия - 6 мкм).

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния электронно-лучевой обработки на эксплуатационные свойства образцов и лопаток из титановых сплавов (усталостную прочность, жаростойкость, эрозионную стойкость и сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования). Показано, что используя обработку сильноточным импульсным электронным пучком на ускорителе «Геза-1» при энергии электронов 115 - 120 кэВ и плотности энергии 18-20 Дж/см2, удается повысить следующие характеристики лопаток: предел выносливости - от 10 до 40 %; эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза; сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза. Однако для получения таких результатов необходимо проводить финишную термическую или даже термомеханическую обработки при температуре близкой к температуре эксплуатации для стабилизации физико-химического состояния и формирования в поверхностном слое остаточных сжимающих напряжений. Кроме того, в этой главе впервые приведены свойства образцов из титанового сплава ВТ9 с покрытием на основе МАХ-фазы. Результаты эрозионных и усталостных испытаний образцов с покрытиями представлены на рис. 5 и в таблице 4. Наибольший интерес представляют результаты усталостных испытаний, из которых следует, что сформированное покрытие препятствует выходу усталостных трещин, зародившихся в подповерхностном слое,

непосредственно на поверхность. Это тем более удивительно, поскольку толщина покрытий не велика. Последнее может быть объяснено присутствием в покрытии МАХ-фазы и низкой дисперсностью материала. Видно, что усталостная трещина неоднократно останавливалась и изменяла направление своего развития, как это было отмечено М. Барзоу, при изучении усталостного поведения слоистых МАХ-материалов.

Рисунок 5 - СЭМ- изображение поверхностного слоя образца с 8- микронным покрытием после завершения усталостных испытаний. В пятой главе обсуждаются данные об условиях технологических сравнительных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток 3 и 7-й ступеней КВД на двигателях РД-33 №88-Т8 и РД-33 №88-Т9. Одной из основных задач этих испытаний была проверка работоспособности при гарантийном ресурсе эксплуатации лопаток 3-й и 7-ой ступеней ротора компрессора высокого давления, подвергнутых обработке высокоинтенсивным импульсным электронным пучком, а также лопаток 3-ей ступени с МАХ-покрытиями (система Т^ГВ).

Ресурс двигателя: гарантийный - 350 часов с последующим увеличением наработки по техническому состоянию до 1 ООО часов по 50 часов; до первого капитального ремонта — 1000 часов. Допустимое суммарное время работы двигателя на максимальном и форсажных режимах за ресурс 1000 часов:

• на учебных режимах (У) - 210 часов;

• на учебно-боевых режимах (УБ) - 10 часов;

• на боевом режиме (Б, режим повышенных температур, РПТ) - 45 минут.

Испытания были проведены этапами без подогрева воздуха (100 этапов в учебном режиме - 148 часов и в учебно-боевом режиме - 7 часов) и с подогревом воздуха (10 и 90 циклов в учебном режиме - 62 часа и в учебно-боевом режиме в режиме повышенных температур - 45 минут и в режиме без повышения температуры - 3 часа).

Нанесение покрытий толщиной 10 мкм, содержащих МАХ-фазу в системе титан-кремний-бор, на поверхность 54 лопаток 3-й ступени ротора компрессора двигателя РД-33 было реализовано на источнике атомов металлических и полупроводниковых материалов на основе тлеющего разряда с электро-

статической ловушкой в неоднородном магнитном поле (эта часть работы была выполнена в ГТУ «Станкин» профессорами Григорьевым С.Н. и Метелем A.C.). Последнее было обусловлено низкой производительностью ускорителя «Радуга-5», хотя полученные на стадии исследования результаты были положительными.

Таблица 4. Результаты высокочастотных усталостных испытаний при 25 °С на воздухе (предел выносливости исходных образцов без покрытия на базе 2x107

циклов равен 350±20 МПа) и эрозионных испытаний (продолжительность экспозиции 1=120 с, сорт частиц - кварцевый песок размером 80 мкм, скорость и угол соударения равны 200 м/с и 90 град, соответственно) образцов из сплава ВТ6 после нанесения покрытий системы титан-кремний-бор.

№ толщина унос материала, мкм число циклов нагрузка

мкм МПА

1 1 1,2 1,9x10" 350

2 1 1,0 3x105 372

3 4 0,8 3,8x107 367

4 4 0,9 1,2x107 382

5 5 1,0 9,3x108 371

6 5 0,8 3,6x107 390

7 6 1,1 2x109 387

8 6 1,0 1,1x10® 390

Нанесение покрытий толщиной 10 мкм, содержащих МАХ-фазу в системе титан-кремний-бор, на поверхность 54 лопаток 3-й ступени ротора компрессора двигателя РД-33 было реализовано на источнике атомов металлических и полупроводниковых материалов на основе тлеющего разряда с электростатической ловушкой в неоднородном магнитном поле (эта часть работы была выполнена в ГТУ «Станкин» профессорами Григорьевым С.Н. и Метелем A.C.). Последнее было обусловлено низкой производительностью ускорителя «Радуга-5», хотя полученные на стадии исследования результаты были положительными.

Еще 54 лопатки 3-й ступени ротора компрессора из сплава ВТ9 было подготовлено к натурным 300-часовым испытаниям посредством обработки СИЭП на ускорителе «Геза-1» при оптимальном режиме облучения, определенном по результатам исследования физико-химического состояния материала в поверхностных слоях мишеней из этого сплава до и после воздействия пучка (энергия - 115-120 кэВ, плотность энергии -18-20 Дж/см2, число импульсов- 4) и стабилизирующего вакуумного отжига (температура 560 °С, длительность - 6 часов, давление - не выше 10"5 мм.рт.ст.). Как и в случае с лопатками с МАХ-покрытиями, 30 лопаток прошли контрольные испытания на усталость при 20 °С и частоте нагружения 3000 Гц в ЦЗЛ ММП имени В.В.

Чернышева, а 4 лопатки были исследованы методами ЭОС, РСА, ПЭМ и ОМ. Микротвердость материала в поверхностном слое достигала 340±20 ед. НУ при нагрузке 1Н, а шероховатость была меньше шероховатости исходных лопаток Ка-0,16А0,02 мкм. Предел выносливости составлял 440 МПа, что на 50 МПа ниже, чем у исходных лопаток (490 МПа). Поэтому была проведена корректировка режимов облучения, в соответствие с эффектом влияния предварительной механической обработки и для устранения отрицательного влиянием процесса текструрообразования (глава 2), т.е. для новой партии лопаток, подготовленных к испытаниям, плотность энергии была снижена до 15-18 Дж/см2. Полученные на данном этапе данные свидетельствуют о возможности формирования на поверхности лопаток при обработке с плотностью энергии 18-20 Дж/см2 отдельных кратеров, особенно на заполированной части, и образования преимущественной ориентировки (текстуры) кристаллитов, что может приводить к снижению усталостной прочности. Таким образом, к 300-часовым натурным испытаниям были подготовлены лопатки 3 ступени КВД РД-33 из сплава ВТ9 для проверки разработанных технологических процессов нанесения эрозионно-коррозионно-стойких покрытий, содержащих мах-фазу Т1з51В2, и обработки поверхности лопаток сильноточными импульсными электронными пучками. В пятой главе также представлены результаты длительных натурных испытаний лопаток 7-ой ступени КВД РД-33 №88-Т8 из стали ЭП866Ш, подвергнутых электронно-лучевой обработке. После проведения испытаний на двигателе были приняты следующие решения:

1. с точки зрения проверки эффективности технологического процесса модифицирования поверхности лопаток компрессора из стали ЭП866Ш сильноточным импульсным электронным пучком для повышения жаростойкости и коррозионной стойкости, признать результаты испытаний положительными (толщины окисленных за время испытаний поверхностных слоев для серийных лопаток достигли 20-25 мкм, а для обработанных электронным пучком деталей глубина проникновения кислорода в матричные слои не превысила 1 мкм).

2. необходимо выполнить повторные испытания на технологической машине №88-Т9 для проверки эффективности обработки электронным пучком лопаток из стали ЭП866Ш по критерию усталостной прочности.

3. внедрить в серию после завершения повторных испытаний на технологическом двигателе лопаток облученных на ускорителе «ГЕЗА-ММП» по скорректированным режимам: титановые лопатки АУ=15-18Дж/см2, стальные лопатки >У=1 8-20Дж/см2.

В шестой главе приводится информация об опытно-промышленной установке «Геза-ММП», изготовленной в НИИЭФА г. Санкт-Петербург и установленной на ММП имени В.В. Чернышева для реализации созданных технологий.

В приложении представлены структуры, формируемые в поверхностных слоях деталей из титановых сплавов при облучении СИЭП.

В заключении диссертации сформулированы следующие выводы:

1) Обнаружен эффект влияния предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала поверхностного слоя формируемого при облучении СИЭП. Установлено, что степень предварительного пластического деформирования оказывает существенное влияние на толщину перекристаллизованного слоя, формируемого при облучении мишеней. Это свидетельствует о высокой скорости протекания релаксационных процессов, величина которой, по крайней мере на несколько порядков, превосходят значение скорости накачивания энергии в поверхностный слой при облучении.

2) Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что облучение СИЭП в режиме плавления приводит к формированию в 20-25 микронном поверхностном слое лопаток из титановых сплавов текстуры сжатия и тонкодисперсной пластинчатой (игольчатой) микроструктуры. При этом, в отличие от лопаток из сплава ВТб, в модифицированном поверхностном слое лопаток из сплава ВТ9 отмечено присутствие глобулярных выделений размером 10-100 нм с повышенной концентрацией алюминия или молибдена, что может вызывать снижение усталостной прочности и эрозионной стойкости.

3) С точки зрения проверки эффективности технологического процесса модифицирования поверхности лопаток компрессора из стали ЭП866Ш сильноточным импульсным электронным пучком для повышения жаростойкости и коррозионной стойкости, проведены натурные испытания на технологическом двигателе. Результаты испытаний были признаны положительными (толщины окисленных за время испытаний поверхностных слоев для серийных лопаток достигли 20-25 мкм, а для обработанных электронным пучком деталей глубина проникновения кислорода в матричные слои не превысила 1 мкм). Было принято решение о целесообразности внедрения технологии электронно-лучевой обработки лопаток из стали ЭП866И1 для модифицирования их поверхностного слоя, ремонта и восстановления свойств.

4) В результате критического анализа литературных данных, комплексных исследований физико-химического состояния поверхностных слоев изготовленных образцов-свидетелей и лопаток компрессора и вентилятора газотурбинного двигателя РД-33 из жаропрочных титановых сплавов (ВТ6, ВТ8, и ВТ9) и экспериментов по получению покрытий на основе МАХ-фаз было установлено, что наиболее перспективным материалом для эрозионно-коррозионно-стойкого покрытия на лопатках из титановых сплавов является МАХ-покрытия на основе Ti3SiB2, Ti3SiC2 и Ti2AlC, причем в качестве методов нанесения выбраны осаждение в тлеющем разряде или вакуумно-дуговое осаждение, ассистированное ионной имплантацией при сепарации

плазмы от капельной фракции с последующим облучением сильноточным импульсным электронным пучком в режиме термообработки. 5) Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и горячего изостатического прессования получены катоды на основе МАХ-фаз для нанесения МАХ-покрытий на лопатки из титановых сплавов в тлеющем разряде и вакуумно-дуговым методом с сепарацией плазмы от капельной фракции. Получены 6-10 мкм покрытия на основе МАХ-фаз на поверхности лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9. Показано, что МАХ-покрытия позволяют в несколько раз повысить эрозионную и коррозионную стойкость при сохранении усталостной прочности на уровне характерном для серийных лопаток.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шулов В.А., Ткаченко К.И., Теряев Д.А. и др. Кратерообразование на поверхности деталей из титановых сплавов при облучении сильноточными импульсными электронными пучками // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007.-№1.-С. 19-25

2. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. и др. Нанесение эрозионностойких нанопокрытий TiSiB содержащих МАХ-фазу на поверхность деталей из сплава TÍ6AI4V вакуумно-плазменным методом с сепарацией плазмы от капельной фракции // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. - № 12. - С. 18-22

3. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. и др. Структурные изменения в поверхностных слоях деталей из титановых сплавов ВТ6 и ВТ9 при облучении импульсными электронными пучками // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. -№1.~ С. 29-32

4. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. и др. Результаты длительных испытаний на технологическом двигателе РД-33 лопаток компрессора ГТД из стали ЭП866, облученных сильноточным импульсным электронным пучком // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - №9. - С. 22-27

5. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. и др. Разработка технологического процесса ремонта и восстановления свойств лопаток компрессора ГТД из жаропрочной стали ЭП866ШII Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - №2. -С. 23-27

6. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. и др. Разработка электронно-лучевого технологического процесса восстановления, свойств лопаток турбины ГТД из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием NiCrAlY // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - №3. - С. 37-40

7. Шулов В.А., Быценко O.A., Теряев Д.А. Получение нанокристаллических эрозионно-коррозионно-стойких покрытий, содержащих МАХ-фазу, на поверхности деталей из титановых сплавов // Вестник МАИ. 2010. - №3. - С. 168177

8. Шулов В.А., Новиков A.C., Теряев Д.А. и др. Разработка электронно-лучевого технологического процесса восстановления свойств лопаток турбины ГТД из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием NiCrAlY // Материалы 8 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом, Минск, 2009, с. 343-345

9. Ткаченко К.И., Шулов В.А., Теряев Д.А. и др. Разработка технологического процесса восстановления свойств лопаток компрессора ГТД из жаропрочной стали ЭП866Ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Материалы 8 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом, Минск, 2009, с. 305-307

10. Ткаченко К.И., Шулов В.А., Теряев Д.А. и др. Результаты испытаний на двигателе РД-33 лопаток компрессора из стали ЭП866Ш, облученных сильноточным импульсным электронным пучком // Материалы 8 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом, Минск, 2009, с. 360-362

11. Novikov A.S., Shulov V.A., Teryaev D.A., etc. Technological process development of repair and property recovery of gas turbine engine blades from GhS26NK alloy with NiCrAlY resistant coating with intense current pulsed electron beams // Proceedings of 10th international conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, p.236-239, Tomsk, Russia, 18-24 September, 2010

12. Bytzenko O.A., Shulov V.A., Teryaev D.A., etc. Repair of gas turbine engine blades with intense pulsed ion beams // Proceedings of 10th international conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, p.353-356, Tomsk, Russia, 18-24 September, 2010

13. Bytzenko O.A., Shulov V.A., Teryaev D.A., etc. The results of tests in content RD33 gas turbine engine of EP866SH steel compressor blades irradiated with intense pulsed electron beams // Proceedings of 10th international conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, p.357-359, Tomsk, Russia, 18-24 September, 2010

14. Engelko V.I., Tkachenko K.I., Teryaev D.A., etc. Technological process development of repair and property recovery of gas turbine engine blades from EP866SH steel with the use of intense pulsed electron beams // Proceedings of 10th international conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, p.359-361, Tomsk, Russia, 18-24 September, 2010

15. Vertiy K.V., Shulov V.A., Teryaev D.A., etc. Repair of gas turbine engine blades with intense pulsed ion beams // Proceedings of 10th international conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, p. 353-356, Tomsk, Russia, 18-24 September, 2010

16. Шулов B.A., Ткаченко К.И., Теряев Д.А. Влияние релаксационных процессов на эффективность обработки поверхности деталей сильноточными импульсныи электронными пучками // Материалы 9 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом, Минск, 2011, с. 391-393

17. Текстурообразование в поверхностных слоях мишеней из сплава ВТ9 при их облучении сильноточными импульсными электронными пучками // Материалы 9 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом, Минск, 2011, с.

394-396

Типография МАИ 100 экз. исп. Теряев Д.А.

Введение.

1 Материалы, методики и аппаратура для исследования.

1.1 Материалы, модельные образцы и детали для исследований.

1.2 Оборудование для исследования.

1.3 Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения.

1.4 Методика исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней. 1 о 15 Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора.

1 6 Методика термодинамического и кинетического анализа для выбора режимов облучения.

1-7 Выбор метода осаждения.

1.8 Выбор состава защитных покрытий.

1.9 Оценка эффективности использования формируемых покрытий и методов их осаждения.

1.10 Получение, свойства, перспективы применения МАХ-фаз на основе титана (литературный обзор).

2 Исследование физико-химического состояния поверхностных слоев образцов и лопаток из титановых сплавов после обработки сильноточным импульсным электронным пучком.

2.1 Изменения химического состава и структуры в поверхностных слоях.

2.2 Изменения субструктуры в поверхностных слоях.

2.3 Текстурообразование в поверхностных слоях мишеней.

2.4 Влияние релаксационных процессов на эффективность обработки поверхности деталей СИЭП.

3 Нанесение МАХ-покрытий системы титан-кремний-бор.

4 Эксплуатационные свойства образцов и лопаток из титановых сплавов после обработки сильноточными электронными и ионными пучками.

4.1 Усталостная прочность.

4.2 Жаростойкость.

4.3 Эрозионная стойкость.

4.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования.

4.5 Результаты усталостных и эрозионных испытаний образцов с МАХ-покрытиями

5 Результаты испытаний на технологическом двигателе лопаток, обработанных концентрированными импульсными потоками энергии.

5.1 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии.

5.2 Подготовка лопаток к испытаниям.

5.3 Результаты испытаний лопаток на технологическом двигателе.

6 Разработка и создание опытного образца электронно-лучевой установки для модификации лопаток газотурбинных двигателей «Геза-ММП».

Выводы.:.

Актуальность проблемы.

Разработка и совершенствование методов поверхностной обработки деталей и заготовок с использованием концентрированных импульсных потоков энергии (КИПЭ) имеет ряд преимуществ перед классическими методами поверхностной механической, химической и термомеханической обработок: формирование уникального физико-химического состояния материала поверхностного слоя; достижение рекордных точности изготовления (на нанометромом уровне) и шероховатости поверхности (К.а~0,05-0,06 мкм); экологическая чистота; высокая производительность (площадь поперечного сечения энергетических потоков изменяется от 30 см2 до 1 м , а длительность импульса - от 10 не до нескольких десятков микросекунд); умеренные У цены за оборудование и его обслуживание (не более $ 10 за обработку 1 м~ поверхности). Применение КИПЭ имеет по сути дела только один недостаток: высокая наукоемкость разрабатываемых технологий, обусловленная необходимостью проведения длительных и дорогостоящих исследований влияния режимов облучения на физико-химическое состояние материала в поверхностных слоях деталей.

Данная работа сконцентрирована, прежде всего, на использовании сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП), которые являются одними из наиболее, доступных и развитых видов КИПЭ для модификации свойств деталей авиационной техники и, в частности, для повышения уровня коррозионных и усталостных свойств лопаток компрессора Г'ГД, изготавливаемых из титановых сплавов и жаропрочных сталей типа ЭП866ш.

В последнее время разработчикам оборудования в НИИЭФА г. Санкт-Петербург (ускорители «ГЕЗА») и в ИСЭ г. Томск удалось получить широкоаппертурные электронные, импульсные пучки с высокой однородностью распределения плотности энергии по сечению, что резко интенсифицировало исследования в области модификации поверхности СИЭП. Кроме того, КПД формирования СИЭП поднимает в целом энергетику пучка до 100-200 Дж/см ) и обеспечивает, тем самым, решение большего круга задач (модификация материалов в поверхностных слоях толщиной до 30 мкм, за счет высокоскоростного плавления и последующей перекристаллизации, нанесение относительно толстых покрытий, абляция поверхностных слоев с целью ремонта поврежденных при эксплуатации изделий, перемешивание материала предварительно нанесенных покрытий толщиной до 20-30 мкм с материалом подложки и т.д.). Успехи, достигнутые научными школами проф. Проскуровского Д.И. и проф. Энгелько В.И., выглядят особенно впечатляющими с позиций международной признательности. Им удалось наладить производство и поставку своих ускорителей в такие развитые страны мирового сообщества как Германию и Японию. В России в работах Пайкина А.Г. и Белова А.Б. была показана высокая эффективность обработки СИЭП для модифицирования и ремонта лопаток ГТД из титановых сплавов и жаропрочных сталей. Однако авторам не удалось объяснить полученные результаты с материаловедческих позиций, провести длительные натурные испытания на технологическом изделии и кардинально повысить сопротивление пылевой эрозии и солевой коррозии. Последнего можно добиться только нанесением защитных покрытийи в, частности, покрытий на основе МАХ-материалов.

В этой связи целью настоящей диссертации являлось изучение механизмов изменения эксплуатационных характеристик лопаток КВД из жаропрочных сплавов, проведение длительных испытаний модифицированных электронными пучками лопаток на технологическом изделии, а также разработка технологического процесса нанесения эрозионно-коррозионно-стойких покрытий на основе МАХ-фаз.

Таким образом, актуальность данной работы в фундаментальном отношении определяется необходимостью получения базовых знаний о влиянии режимов обработки сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние поверхностных слов и эксплуатационные свойства деталей из жаропрочных сплавов, а с практической точки зрения - возможностью внедрения разработанных техпроцессов на предприятиях отрасли уже в ближайшее время.

Для достижения сформулированной цели было необходимо реализовать постановку и последующее решение большого числа задач методического, фундаментального и практического плана: (1) модернизация комплексной методики исследования физико-химического состояния нано - и микро - метровых поверхностных слоев деталей из многокомпонентных гетерогенных материалов, основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ (при регистрации дифрактограмм с фокусировкой по Бреггу-Брентано на малых и больших углах, а также при использовании методики скользящего пучка, РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) адаптация методики термодинамического анализа к процессам, протекающим в поверхностном слое при облучении деталей СИЭП; (3) оценка оптимальных режимов электроннолучевой обработки лопаток из жаропрочных сплавов; (4) определение микро- нано-структуы в поверхностных слоях облученных лопаток, изучение механизмов изменения свойств лопаток в результате облучения СИЭП; (6) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком деталей в составе изделия; (7) определение эксплуатационных характеристик деталей проточной части компрессора ГТД, прошедших электронно-лучевую обработку; (8) обсуждение и обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (9) создание оборудования для электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из жаропрочных сплавов.

На защиту выносится:

1. Методики определения текстуры и субструктуры с помощью рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов и жаропрочных сталей, подвергнутых обработке сильноточными импульсными электронными пучками.

2. Результаты исследования текстурных и субструктурных изменений в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов и жаропрочных сталей, подвергнутых обработке сильноточными импульсными электронными пучками с различными плотностями энергии в импульсе.

3. Эффект влияния предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала поверхностного слоя формируемого при облучении СИЭП.

4. Результаты стендовых испытаний и длительных натурных испытаний на технологическом двигателе РДЗЗ лопаток модифицированных сильноточным импульсным электронным пучком. Коррекция оптимальных режимов электронно-лучевой обработки.

5. Технологические процессы модифицирования поверхности лопаток из титановых сплавов и сталей с учетом коррекции режимов облучения.

6. Технологические процессы нанесения МАХ покрытий в плазме тлеющего разряда и вакуумно-дуговым методом с сепарацией плазмы от капельной фракции.

7. Результаты исследования физико-химического состояния МАХ покрытий, осажденных на поверхность лопаток из титановых сплавов, и влияния осажденных МАХ-покрытий на усталостную прочность и эрозионную стойкость лопаток 3 ступени КВД РДЗЗ.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: 8-я и 9-я Международные конференции по взаимодействию излучений с твердым телом (г. Минск, Беларусь) в 2009 г., 10th international conference on Modification of materials with particle (г. Томск) в 2010 г. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ из них 7 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Выводы:

1. Обнаружен эффект влияния предварительной механической обработки на физико-химическое состояние материала поверхностного слоя формируемого при облучении СИЭП. Установлено, что степень предварительного пластического деформирования оказывает существенное влияние на толщину перекристаллизованного слоя, формируемого при облучении мишеней. Это свидетельствует о высокой скорости протекания релаксационных процессов, величина которой, по крайней мере на несколько порядков, превосходят значение скорости накачивания энергии в поверхностный слой при облучении.

2. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что облучение СИЭП в режиме плавления приводит к формированию в 20-25 микронном поверхностном слое лопаток из титановых сплавов текстуры сжатия и тонкодисперсной пластинчатой (игольчатой) микроструктуры. При этом, в отличие от лопаток из сплава ВТб, в модифицированном поверхностном слое лопаток из сплава ВТ9 отмечено присутствие глобулярных выделений размером 10-100 нм с повышенной концентрацией алюминия или молибдена, что может вызывать снижение усталостной прочности и эрозионной стойкости.

3. С точки зрения проверки эффективности технологического процесса модифицирования поверхности лопаток компрессора из стали ЭП866Ш сильноточным импульсным электронным пучком для повышения жаростойкости и коррозионной стойкости, проведены натурные испытания на технологическом двигателе. Результаты испытаний были признаны положительными (толщины окисленных за время испытаний поверхностных слоев для серийных лопаток достигли 20-25 мкм, а для обработанных электронным пучком деталей глубина проникновения кислорода в матричные слои не превысила 1 мкм). Было принято решение о целесообразности внедрения технологии электронно-лучевой обработки лопаток из стали ЭП866Ш для модифицирования их поверхностного слоя, ремонта и восстановления свойств.

4. В результате критического анализа литературных данных, комплексных исследований физико-химического состояния поверхностных слоев изготовленных образцов-свидетелей и лопаток компрессора и вентилятора газотурбинного двигателя РДЗЗ из жаропрочных титановых сплавов (ВТ6, ВТ8, и ВТ9) и экспериментов по получению покрытий на основе МАХ-фаз было установлено, что наиболее перспективным материалом для эрозионно-коррозионно-стойкого покрытия на лопатках из титановых сплавов является МАХ-покрытия на основе Т1з81В2, ТлзБЮг и ТлгАЮ, причем в качестве методов нанесения выбраны осаждение в тлеющем разряде или вакуумно-дуговое осаждение, ассистированное ионной имплантацией при сепарации плазмы от капельной фракции с последующим облучением сильноточным импульсным электронным пучком в режиме термообработки.

5. Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и горячего изостатического прессования получены катоды на основе МАХ-фаз для нанесения МАХ-покрытий на лопатки из титановых сплавов в тлеющем разряде и вакуумно-дуговым методом с сепарацией плазмы от капельной фракции. Получены 6-20 мкм покрытия на основе МАХ-фаз на поверхности лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9. Показано, что МАХ-покрытия позволяют в несколько раз повысить эрозионную и коррозионную стойкость при сохранении усталостной прочности на уровне характерном для серийных лопаток.

1. Львов А.Ф., Шулов В.А., Ночовная Н.А., Ремнев Г.Е. Влияние кратерообразования на усталостную прочность и коррозионную стойкость жаропрочных материалов облученных мощным ионным пучком // ж. ФиХОМ, 2001. №4. - с . 40-45.

2. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольнов, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995. -№1-2. -с. 30-34.

3. Remnev G. Е. and Shulov V. A. Application of high power ion beams for technology // Laser and Particle Beams, 1993. v. 11, N4. p. 707-731.

4. High-power ion beam treatment application for properties modification of refractory alloys // V. A. Shulov etc. // Surface and Coatings Technology. 1997. №99. p. 74-81.

5. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В. А. Энгелько // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

6. Пайкин А.Г. Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МАИ, 2003. 103 с.

7. Белов А.Б. Разработка технологии модификации поверхности лопаток КВД из а+Р-титановых сплавов с примененим сильноточных импульсных электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МАИ, 2006. 138 с.

8. Ягодкин Ю. Д. , Пастухов К. М. , Сулима А. М. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов // Фи ХОМ, 1995. №5. с. 111-119.

9. Ягодкин Ю.Д. Разработка технологических основ процессов обработки деталей ГТД с применением-ионных и электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. д.т.н., МАИ, 1995. 248 с.

10. Озур Г. Е. , Проскуровский Д. И. Формирование субмикросекундных низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным катодом // Письма в ЖТФ, 1988. т. 14, №5. с. 413-416.

11. Pulsed electron beam facility GESA for surface treatment of materials / G. Mueller, G. Schumacher, D. Strauss etc. // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-96", Prague, 1996. v. 1 p. 267-271.

12. Engelko V., Yatsenko В., Mueller G., Bluhm H. GESA-1 and GESA-2 accelerators of intense pulsed electron beams // J. Vacuum, 2001, v. 62, p. 211-214.

13. Стародубцев С. В. , Романов A. M. Прохождение заряженных частиц через вещество. Ташкент: АН Уз. ССР, 1962. 227 с.

14. Каганов М. И., Лифшиц И. М. , Танатаров Л. В. Релаксация между электронами и решеткой //ЖЭТФ, 1956. т. 31, №2. с. 232-237.

15. Матвеев А. Н. Атомная физика. М. : Высшая школа. 1989. 440 с.

16. Шиллер 3. , Гайзич У. , Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М. : Энергия, 1980. 528 с.

17. Инжекционная газовая электроника. / Бычков Ю. И., Королев Ю. Д., Месяц Г. А. и др. // Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.

18. Аброян И. А. , Андронов А. К. , Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М. : Высшая школа, 1984. 320 с.

19. Бронштейн И. М. , Фрайман В. С. Вторичная электронная эмиссия. М. : Наука, 1969. 407 с.

20. Слэтер Дж. Действие излучения на материалы // УФН, 1952. т. 47, №1. с. 51-94.

21. Д. Беспалов В. И. Расчеты методом Монте-Карло характеристик полей электронов и квантов в однородных и неоднородных поглотителях // Депн. ВИНИТИ, 1980. №370780. 62 с.

22. Ковальский Г. А. Эмиссионная электроника. М. : Наука, 1977, 112 с.

23. Бугаев С. П. , Крейндель Ю. Е. , Щанин П. М. Электронные пучки большого сечения. М. : Энергоатомиздат, 1984. 112 с.

24. Перспективные технологии поверхностной обработки при изготовлении и ремонте лопаток ГТД / А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов // ж. Двигатель, 2004, №2(32), с. 18-19.

25. А.Б. Белов, А.Г. Пайкин, А.С. Новиков, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, В.И. Энгелько Способ восстановления эксплуатационных свойств деталей машин. Патенкт на изобретение №2281194 от 10 августа 2006 г. RU 2281194 С1. 3 с.

26. Sunderarajan G. and Shewmon P. A new model for the erosion of metals at normal incidence // J. Wear, v. 84. 1983. p. 237-244.

27. Урбанович М:И., Крамченков E.M., Чуносов.Ю.Н. Газоабразивная эрозия металлов и сплавов // Трение и износ, т. 15, №3. с. 389-392.

28. Милосердов И. В. , Птишков В. Ф. , Подколзин В. Г. Проблемы и пути развития и внедрения в отрасли новых технологий получения.-упрочняющих покрытий-'// Доклады координационного совета НИАТ, 1990. с. 17-19.

29. Масленков С.Б., Масленкова Е.А. Стали и сплавы для высоких температур. Справочник в 2-х томах. М.: Металлургия, 1991. 831 с.

30. Nicholls, Advances in coating design for high performance gas turbines, MRS Bulletin, 28 (2003) .p. 659-570.

31. Kaischew R. On the history of the creation of the moleciilar-kinetic theory of crystal growth // J. Crystal Growth, 1983. v. 51. p. 643-649.

32. Крапивка H.A. Получение высокочистых монокристаллов хрома осаждением из газовой фазы // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МИФИ, 1980. 127 с.

33. Шалин P.E., Светлов И.Л., Качанов Е.Б. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение. 1997. 336 с.

34. Каблов E.H., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение. 1998. 464 с.

35. Голубовский Е.Р., Светлов И.Л. Температурно-временная зависимость анизотропии длительной почности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Проблемы прочности, 2002. №2. с. 5-19.

36. Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Ивашнева В.И. Жаростойкие неорганические покрытия. Л.: Наука. 1990. с. 173-176.

37. Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Иванов И.А. Получение покрытий NiCrAlY вакуумно-дуговым методом // ЭОМ. 1989. №6. с. 13-16.

38. Мубояджан А. А. , Помелов Я. А. , Будиновский С. А. Авиационная техника и наука. Авиационные материалы. Жаростойкие покрытия для лопаток газовых турбин. М. : ВИАМ ОНТИ, 1988. с. 95-99.

39. Каблов E.H., Мубояджан А. А. Перспективы применения в двигателестроении ионной технологии//Авиационная промышленность. 1992. №9. с. 9-12.

40. Сулима A.M., Носков A.A., Серебренников Г.З. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1996. 480 с.

41. Ягодкин Ю. Д. Ионно-лучевая обработка металлов и сплавов. М.: ВИНИТИ, 1989. т. 5. с. 5-86.

42. Кинетика испарения и абляции при облучении мощными ионными пучками изделий из жаропрочных сплавов с защитными покрытиями / В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, Г.Е. Ремнев, А.Ф. Львов // ж. ФиХОМ, 2003. №1. с. 22-27.

43. Захаров М.В., Захаров A.M. Жаропрочные сплавы. М.: Металлургия, '1969. 245 с.

44. Application of pulsed electron beams for improvement of material surface properties / G.th

45. Muller,V. Engelko, V. Shulov, N. Nochovnaya etc.// Proceedings of 6 International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. 23-28 September 2002. Tomsk, p. 328-243.

46. Бриггс Д., Сих M. П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М. : МИР, 1987. 598 с.

47. Горелик В. А., Протопопов О. Д. Количественная Оже-спектроскопия // Обзоры по электронной технике. Серия 7. М.: ЦНИИ Электроника, 1978. в. 18. с. 1-50.

48. Furman Е. Composition analysis of some metal alloys using auger electron spectroscopy //J. Material Science, 1982. v. 17. - p. 575-579.

49. Шулепов И.А. Разработка и применение комплекса атомно- и ядерно-физических методов для исследования модифицированных слоев материалов / Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к.ф-м.н., Томск. ТПУ: 2004. 20 с.

50. Ягодкин Ю.Д. Рентгенографическое исследование структуры поверхностного слоя материалов методом скользящего отраженного пучка // Заводская лаборатория, 1989. т. 55, №2. с. 72-73.

51. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М. : Атомиздат, 1977. 480 с.

52. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.П. М.: Металлургия, 1982. 631 с.

53. Perlovich Yu., Bunge H.J., Isaenkova M. Inhomogeneous distribution of residual deformation effects in textured BCC metals. Textures and Microstructures. 1997. v. 29. p. 241266.

54. Исследование коррозионных процессов методом фото-стимулированной экзоэмиссии / В.А. Шулов, В.В. Шорин, A.M. Сулима и др.// Тезисы докладов 20-й Всес. конф. по эмиссионной электронике . Киев: ИФ АН УССР. 1987. с. 208-209.

55. Методы исследования состояния поверхностного слоя деталей двигателей летательных аппаратов \ Ю.Д. Ягодкин, М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов // Учебное пособие. М.: МАИ, 1987. 87 с.

56. Дислокационные структуры приповерхностных слоев чистых металлов после ионной имплантации / А.Н. Диденко, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. №3. с. 120-131.

57. Проблемы формирования твердых растворов и интерметаллидых фаз системы алюминий никель при высокоинтенсивной ионной имплантации / Э.В. Козлов, А.И. Рябчиков, Ю.П. Шаркеев // Известия академии наук. Серия физическая. 2003, №3. с. 166167.

58. The mechanisms of the long range effect in metals and alloys by ion implantation / Y.P. Sharkeev, E.V. Kozlov, A.N. Didenko etc.// J. Surface & coatings technology 1996. N 83. p. 1521.

59. Школьник JI.M. Методы усталостных испытаний. М.: Металлургия, 1978. 300 с.

60. Сулима А. М., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М. : Машиностроение, 1988. 240 с.

61. Evans W. J. Optimising mechanical properties in a+p-titanium alloys. //Thermomechanical processing of and metallurgy of titanium alloys. 7-11 July 1997. Wollongong, Australia, p. 89-96.

62. Жуков Н.Д. Некоторые особенности сопротивления усталости литейных жаропрочных сплавов //Проблемы прочности. 1978.№7. с. 25-30.

63. Пайкин А.Г., Белов А.Б., Энгелько В.И. и др.// Физика и химия обработки материалов. 2005. - №2. - с. 32-41.

64. Пайкин А.Г., Белов А.Б., Энгелько В.И и др. Упрочняющие технологии и покрытия -2005.-№11. с. 9-18.

65. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М. . Атомиздат, 1977. 480 с.

66. Пайкин А.Г., Белов А.Б., Энгелько В.И и др.// Упрочняющие технологии и покрытия-2005.-№11. с. 9-18.

67. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификациисвойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В.И. Энгелько, А.Ф.

68. Львов // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.150

69. Шулов В.А., Пайкин А.Г., Быценко O.A., Теряев Д.А., Энгелько В.И., ТкаченкоК.И.// Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - №2. - с.23-27.

70. Shulov V.A. and Nochovnaya N.A. Fatigue strength of refractory alloys modified by ion beams, J. Surf. Coat. Tech. 158-159. 2002. p.33-41.

71. Иванова B.C., Шанявский A.A. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия, 1988. 397 с.

72. Балтер М.А. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей М.: Машиностроение, 1987.158 с.

73. Каблов E.H. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) // М.: МИСиС, 2001. 632 с.

74. Щербаков А. К вопросу об истребителе пятого поколения //ж.Крылья Родины,2. 2006. с. 6-8.

75. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.Машиностроение, 1993.240 с.

76. Белов А.Б., Крайников А.В., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. . Перспективы применения КИПЭ для изготовления и ремонта деталей машин. Часть 2 // ж. Двигатель, №2(44), 2006. с. 8-11.

77. Crater formation on the surface of refractory alloys during high-power ion-beam processing / V.A. Shulov, A.S. Novikov, A.G. Paikin, A.I. Ryabchikov.// J. Surface and Coatings Technology, 2007. №201. p. 8654-8658.

78. Erosion resistance of refractory alloys modified by ion beams / V.A. Shulov, A.S. Novikov, A.G. Paikin, A.B. Belov, A.F. Lvov, G.E. Remnev.// J. Surface and Coatings Technology, 2007. №201. p. 8105-8111.

79. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В.И. Энгелько, А.Ф. Львов // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.