doi: 10.52899/24141437_2025_03_385
УДК: 621.77.02

Снятие термобарьерного покрытия посредством лазерной очистки

Задыкян Г. Г., Корсмик Р. С., Жданов В. С., Аккузин Г. А.
Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Жданов В.С., Аккузин Г.А., Задыкян Г.Г., Корсмик Р.С. Снятие термобарьерного покрытия посредством лазерной очистки // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 3. С. 385–392. DOI: 10.52899/24141437_2025_03_385 EDN: ZDAYRH

Аннотация

Актуальность. Различные типы покрытий используются для защиты конструкционных материалов от коррозии и износа, а также для обеспечения теплоизоляции. Среди них наиболее сложную структуру имеют те покрытия, которые эксплуатируются в условиях высоких температур, например, в авиационных и промышленных газотурбинных двигателях, изолируя компоненты турбины от потока горячего газа, повышая этим долговечность и энергоэффективность двигателей [1]. К термобарьерным покрытиям предъявляются три основных требования: низкая температуропроводность, стабильность при высоких температурах, высокая долговечность, поэтому удалить их довольно трудно. Цель — решение проблемы снятия термобарьерного покрытия с рабочих лопаток газотурбинных двигателей, которые подвергаются интенсивному износу из-за сложных условий эксплуатации. В качестве наиболее эффективного метода очистки предлагается технология лазерной очистки — передовая технология, позволяющая найти решения для снижения производственных затрат и повышения производительности и качества производственного процесса [2]. Обсуждается важность сохранения основного материала лопатки при снятии термобарьерного покрытия для его последующей эксплуатации (нанесения нового покрытия). Ставится цель удалить термобарьерного покрытия без повреждения основного металла и определить оптимальный режим для данного рода задач. Методы. Для достижения цели лопатка из сплава ЧС-70ВИ подверглась резке по длине пера на несколько частей, одна из которых стала образцом-свидетелем. Эта часть не подвергалась очистке. С остальными образцами были про- ведены лабораторные экспериментальные исследования, направленные на изучение влияния входных параметров процесса лазерной очистки на полноту удаления термобарьерного покрытия. Далее все образцы подвергались металлографическим исследованиям для определения структуры материала, микротвердости и толщины термобарьерного покрытия. Результаты. В статье представлен металлографический анализ микротвердости и толщины термобарьерного покрытия после проведения испытаний, подтверждающий эффективность лазерной очистки для обеспечения долговечности и надежности рабочих лопаток газотурбинного двигателя. Выводы. В соответствии с задачами был проведен литературный обзор статей по теме лазерной очистки. Далее были выбраны диапазоны варьирования основных параметров обработки. Произведена серия экспериментов, после кото- рой образцы были отправлены на металлографический анализ. На основе полученных в результате металлографического анализа данных определен режим, обеспечивающий полное снятие термобарьерного покрытия, и установлена зависимость толщины термобарьерного покрытия от мощности излучения. Ключевые слова: лазерная очистка; термобарьерное покрытие; рабочие лопатки газотурбинных двигателей; никелированный сплав; металлографический анализ; ЧС70-ВИ; СДП-3А.

Список литературы

1. Padture N.P., Gell M., Jordan E.H. Thermal Barrier Coatings for Gas- Turbine Engine Applications. In: Science: Reflections on Self: Immunity and Beyond. Washington: Science, 2002. P. 280–284.
2. Burdel T., Weiler S., Faißt B., et al. Lasers and applications in parts cleaning and surface pre-treatment // Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering. 2013. doi: 10.1117/12.2004124
3. Кротинов Н.Б. Продление ресурса лопаток газотурбинных двигателей упрочняющей обработкой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 5. С. 221. EDN: WLNAKX
4. Корсмик Р.С. Порошковая наплавка жаропрочного никелевого сплава ЖС32 на рабочие лопатки газотурбинных двигателей. дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2022. EDN: XYDWWH
5. Jafari Eskandari M., Karimi M., Araghchi M., Hadipour A. Laser cleaning process of high-pressure turbine blade: Characterization and removal of surface contaminants // Surface and Coatings Technology. 2023. № 470. С. 401. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2023.129885 EDN: FIWWPK
6. Каблов Е.Н., Мубояджян С.А. Жаростойкие и теплозащитные покрытия для лопаток турбины высокого давления перспективных ГТД // Aвиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 60–70. EDN PFTMXZ
7. Zhu G., Xu Z., Jin Y., et al. Mechanism and application of laser cleaning: A review // Optics and Lasers in Engineering. 2022. № 157. P. 180–194. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2022.107130 EDN: KQKYYW
8. Давыдов Д.И. Структура турбинной лопатки из сплава ЧС-70 после аварийного воздействия. В кн.: X Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов — молодых ученых (Екатеринбург, 7–11 декабря 2009 г.). Екатеринбург, 2009. С. 224–226.
9. Тарасенко Ю.П. Сорокин В.А., Бердник О.Б., Кривина Л.А. Аналитическая оценка постэксплуатационного состояния лопаток турбин высокого давления двигателей ДЦ 59Л и ДЖ 59 и технологические особенности их ремонтно-восстановительной обработки // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2006. № 2-1.