Высокотемпературные керамические материалы для изготовления турбин ГТД

4 апреля в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел семинар, организованный Центром НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» и Объединённой двигателестроительной корпорацией. В рамках семинара были представлены имеющиеся в России разработки материалов и технологии их создания, а также намечены планы по импортозамещению.

Заместитель генерального директора-генеральный конструктор АО «ОДК» Юрий Шмотин подчеркнул, что совершенствование газотурбинных двигателей возможно только благодаря созданию новых материалов и промышленных технологий.

«К критическим технологиям относятся способы изготовления лопаток турбовинтовых двигателей из композиционных материалов и применение керамики для теплозащитных покрытий лопаток двигателей из жаропрочных никелевых сплавов. Применение керамики в горячей части авиационного двигателя за счёт исключения охлаждения снизит до 10% удельный расход топлива. Это позволит создать новое поколение газотурбинных двигателей», — сказал Юрий Шмотин.

Директор НОЦ «Ионно-плазменные технологии» Сергей Ивахненко рассказал про имеющееся оборудование для нанесения термобарьерных покрытий на лопатки турбин. Он отметил, что сейчас разрабатывается импортозамещающее оборудование, которое позволит увеличить на порядок выпуск продукции к 2027 году.

В Центре НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана работают над созданием антиабразивных и антиобледенительных кремнийорганических защитных покрытий для применения в двигателестроении. Уникальность разрабатываемого покрытия заключается в том, что оно за счет крайне высокой прочности, высокой ударной вязкости, низкой поверхностной энергией одновременно защищает от абразивного износа и значительно снижает вероятность образования на рабочих поверхностях двигателя льда.

«Материалы тестировались на стенде, имитирующем высоту полета от 6 до 7,6 тысяч метров при температурах от минус 20 до минус 30 градусов Цельсия в условиях обледенения. При этом на деталях двигателя с антиобледенительным покрытием лед практические отсутствовал, а на тех поверхностях, где было использовано стандартное покрытие, толщина льда достигала 7 мм», — прокомментировал ведущий инженер Центра НТИ Сергей Гришин.

Сергей Шикунов, к.т.н., старший научный сотрудник ИФТТ РАН представил презентацию о получении высокотемпературных композиционных материалах на основе карбида кремния и силицидов тугоплавких металлов.

В докладе он рассказал о том, что в ИФТТ РАН разработали новый метод получения композиционных материалов с повышенной трещиностойкостью и прочностью. Это открывает новые возможности применения карбидокремниевых материалов. Все разработки уже запатентованы.

Тему применения высокотемпературных керамических материалов продолжил главный металлург Лыткаринского машиностроительного завода – филиала ОДК-УМПО Ринат Равилов. Он рассказал, о нанесении подобных функциональных покрытий.

«Рабочие лопатки турбины всех современных газотурбинных двигателей и агрегатов как авиационных, так и наземных в обязательном порядке защищаются керамическими покрытиями. При рабочих температурах, достигающих длительно 1000°С, а для авиационных двигателей до 1200°С, даже никелевые жаропрочные суперсплавы без повреждения работать не могут. Очень перспективными показали себя керамические материалы на основе двуокиси циркония с добавками оксидов гафния и гадолиния. Первые испытания таких материалов уже проведены», - отметил Ринат Равилов.

О внедрении в расчетные комплексы моделей поведения композиционных материалов деталей турбин газотурбинных двигателей доклад представила доцент кафедры ФН2, к.ф.-м.н. Анастасия Худякова.

Она рассказала о модернизации существующих расчетных комплексов программ для учёта особенностей деформирования композиционных материалов, выборе модели макроуровня под конкретную задачу, и отметила, что поведение композиционных материалов до расчетов на стадии проектирования конструкции должно быть проанализировано на микро- и мезоуровнях.

В завершение мероприятия выступил директор Центра превосходства «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Н.Э. Баумана Давид Меликянц. Он отметил, что МГТУ им. Н.Э. Баумана готов делиться своими разработками и знаниями, реализовать совместные проекты, в том числе по импортозамещению материалов и технологий.

В рамках семинара участники также посетили подразделения МГТУ им. Н.Э. Баумана, чтобы ознакомиться с разработками и оборудованием вживую. Так, участники мероприятия посетили НОЦ «Ионно-плазменные технологии», Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» и главный учебный корпус университета.