Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы и постановка задачи исследований 12
1.1 Современное состояние проблемы повреждаемости элементов энергетического оборудования 12
1.1.1 Эрозия конструкционных материалов энергетического оборудования вследствие высокоскоростного каплеударного воздействия 14
1.2 Современные методы повышения износостойкости энергетического оборудования и анализ борьбы с различными видами износа 16
1.2.1 Классификация методов борьбы с износом 16
1.2.2 Пассивные методы борьбы с износом энергетического оборудования 17
1.3 Анализ применения покрытий и их эффективности в энергетическом машиностроении 19
1.4 Эрозионно- и коррозионно-стойкие вакуумные ионно-плазменные покрытия 22
1.5 Физические основы процессов вакуумного ионно-плазменного формирования покрытий 26
1.6 Влияние условий формирования на физико-химические, механические и функциональные свойства ионно-плазменных покрытий 29
1.7 Постановка задачи исследований 43
ГЛАВА 2 Экспериментальное оборудование. методики проведения исследований 46
2.1 Экспериментальная установка и методика формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме 46
2.1.1 Конструкция установки для формирования ионно-плазменных покрытий 46
2.1.2 Измерение температуры в установке для формирования ионно-плазменных покрытий 52
2.2 Экспериментальный стенд и методика проведения экспериментальных исследований эрозии материалов и покрытий 55
2.2.1 Кинетика процесса эрозии лопаточных материалов паровых турбин при ударном воздействии капель жидкости 55
2.2.2 Описание экспериментального оборудования для определения эрозионной стойкости конструкционных материалов 57
2.2.3 Методика проведения экспериментальных исследований эрозионной стойкости материалов и покрытий 61
2.2.4 Модернизация эрозионного стенда МЭИ(ТУ) 63
2.3 Методика определения толщины покрытий на основе использования толщиномера MiniTest 2100 69
2.4 Методика определения химического состава и металлографические исследования лопаточной стали с ионно-плазменными покрытиями 70
2.4.1 Исследования химического состава 70
2.4.2 Металлографические исследования 70
2.4.3 Измерения микротвердости 71
2.5 Методика определения фазового состава ионно-плазменных покрытий 74
Итоги главы 2: 77
ГЛАВА 3 Исследование процессов формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме на поверхностях длинномерных изделий сложной конфигурации 78
3.1 Изучение закономерностей распределения температур в вакуумной камере установки для нанесения ионно-плазменных покрытий 78
3.2 Определение теплового режима формирования ИПП 88
3.3 Разработка методики расчета оптимального распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации 95
3.3.1 Расчет распределения толщины покрытия на длинномерных изделиях сложной конфигурации методом Монте-Карло пробной частицы 97
3.3.2 Результаты расчетного и экспериментального распределения толщины покрытия на рабочей лопатке паровой турбины 102
3.3.3 Определение оптимального распределения толщины покрытия на поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации 104
3.4 Определение влияния условий формирования ИПП в вакууме на их физико-химические свойства 109
3.4.1 Физическая модель процесса формирования вакуумных ионно-плазменных покрытий из нитридов металлов 109
3.4.2 Постановка и решение математической модели заполнения адсорбированного состояния. Моделирование синтеза покрытий на поверхности длинномерных изделий сложной конфигурации 111
3.4.3 Определение влияния условий формирования ИПП на степень стехиометрии нитридного покрытия 119
3.4.4 Определение влияния условий формирования ИПП на скорость роста покрытий 125
Итоги главы 3: 128
ГЛАВА 4 Определение влияния физико-химических свойств ионно-плазменных покрытий на эрозионную стойкость конструкционного материала 129
4.1 Модернизация установки для формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме 129
4.1.1 Схема модернизированной установки для формирования ионно-плазменных покрытий 130
4.2 Экспериментальные образцы для исследований 139
4.2.1 Образцы для определения кинетики эрозионного износа покрытий 139
4.2.2 Образцы для исследования структуры и фазового состава покрытий 141
4.3 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на микротвердость, структуру, морфологию поверхностного слоя и эрозионную стойкость стали 20X13 141
4.3.1 Определение теплового режима формирования покрытий 141
4.3.2 Формирование ионно-плазменных покрытий с различным атомарным содержанием азота 143
4.3.3 Определение элементарного химического состава покрытий 144
4.3.4 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на микротвердость поверхности конструкционного материала 147
4.3.5 Определение структуры основного материала, структуры и морфологии ионно-плазменных покрытий TiN с различным атомарным содержанием азота 148
4.3.6. Исследование фазового состава ионно-плазменных покрытий TiN с различной концентрацией азота 155
4.3.7 Определение влияния концентрации атомов азота в покрытии TiN на эрозионную стойкость конструкционного материала при каплеударном воздействии 159
4.4 Результаты исследований влияния толщины покрытий на основе Ті и TiN на эрозионную стойкость конструкционных сталей 162
4.5 Методы измерения основных величин и оценка погрешности измерений. 165
4.6 Определение эрозионной стойкости композиционных покрытий 170
4.7 Разработка технологических основ формирования износостойких композиционных покрытий 173
Итоги главы 4: 178
Выводы 179
Литература: 180
