Использование перспективных технологий упрочнения с целью придания принципиально новых свойств материалам.

Ионная имплантация – это новая технология повышения эксплуатационных свойств деталей, работающих в «тяжелых» условиях.

По сравнению с традиционными методами упрочнения поверхности (виброгалтование и др.) ионная имплантация приводит к значительным изменениям физико-химического и структурно-фазового состояния поверхностного слоя и, как следствие, к повышению эксплуатационных свойств – выносливости и долговечности, износо-, жаро- и коррозионной стойкости.

При этом обеспечивается повышение:

  • Усталостной прочности - на 15-33 %;
  • Стойкости против капельной эрозии - в 1,5-3 раза;
  • Стойкости фреттинг-износу - в 2-3 раза;
  • Предела усталости на 7-25 %;
  • Долговечности более чем в 20 раз

Ионная имплантация внедрена:

В серийное производство газотурбинных двигателей применительно к рабочим и направляющим лопаткам компрессора и турбины (рис.2), парам трения на основе титана, железа, никеля и др.

В технологические процессы упрочнения входных и выходных кромок титановых лопаток паровых турбин (рис.3) размером до 1600 мм. Данные работы выполнены по заказу ОАО «ЛМЗ» для лопаток турбин, поставляемых по международным контрактам на электростанции «Ольхольма» (Финляндия), «Тянь-Вэнь» (Китай), «Бушеры» (Иран), а также для Костромской ГРЭС.

При производстве деталей запорной и регулирующей арматуры (седла, шиберы, тарелки) требующих повышенной эрозионной стойкости в теплонапряженных условиях Тmax=560o С, Рмах=38 МПа.

ionn-1

Кроме того, в настоящее время отработана и внедрена технология интегрированного модифицирования поверхности с использованием ионной имплантации в сочетании с вакуумно-плазменным воздействием (рис.4,5) для упрочнения стальных лопаток паровых турбин.

ionn-2

При этом создается многослойное упрочнение поверхности в котором, с одной стороны, ионная имплантация выполняемая перед операцией нанесения покрытия, активирует исходную поверхность, распыляет оксидные слои отрицательно влияющие на процессы адгезии. С другой стороны, нанесение вакуумно-плазменного покрытия обеспечивает защиту исходной поверхности детали от действия внешних факторов (эрозии, коррозии, диффузии и др.).

В зависимости от вида имплантируемых ионов (ионы газов – азот, углерод, бор, кислород и др.; ионы металлов – хром, титан, цирконий, лантан, никель, медь, кобальт и др.) и режимов имплантации (температура поверхности, время набора дозы имплантируемых ионов, плотности ионного тока) в поверхностном слое детали могут быть реализованы твердорастворный, дислокационный, либо дисперсный механизмы упрочнения или их комбинация, приводящие, как следствие, к повышению эксплуатационных свойств и надежности детали.

Особенно важно отметить, что, помимо прочего, такое упрочнение обеспечивает появление сжимающих напряжений и высокую усталостную прочность – что является особенно важным в условиях эксплуатации лопаток паровых турбин, ответственных деталей энергетического оборудования.

Пятилетний опыт эксплуатации деталей (шиберов, тарелок), изготовленных с использованием ионной имплантации, в различных энергосистемах, в том числе, в условиях ТЭЦ-26 АО «Мосэнерго» показал, что их срок службы, увеличился в 1,5-2 раза по сравнению с традиционными, что позволяет рекомендовать данную технологию для широкого внедрения и использования в энергетике (АКТ об использовании деталей арматуры производства ФГУП «НПП «МОТОР» б/н от 31.07.02, АКТ об использовании деталей арматуры производства ФГУП «НПП «МОТОР», б/н от 29.08.01, утв. зам. гл. инженера ТЭЦ-26 АО «Мосэнерго»).