Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Л. Н. Лесневский, профессор кафедры «Технология производства двигателей летательных аппаратов», докт. техн. наук, эл. почта: l.lesnevskiy@yandex.ru
И. А. Николаев, старший преподаватель кафедры «Технология производства двигателей летательных аппаратов», канд. техн. наук, эл. почта: nikolaevia@mai.ru

Опытное конструкторское бюро им. А. Люльки, ПАО «УДК-УМПО», Москва, Россия
В. С. Тепляков, заместитель начальника Конструкторского бюро, эл. почта: focuss77@mail.ru

ООО «Технологические Системы Защитных Покрытий», Москва, Россия
Д. А. Трусов, ведущий инженер-технолог, эл. почта: d.trusov@tspc.ru

На основе использования отечественных и зарубежных источников применительно к высокотемпературным условиям эксплуатации основных модулей газотурбинных двигателей рассмотрены типовые составы разных износостойких самосмазывающихся покрытий и покрытий типа «твердая смазка», приведены краткие результаты сравнения наиболее эффективных современных газотермических методов их нанесения. Показано, что существует большая потребность в исследовании характеристик износостойкости и применении для широкого диапазона температур систем само смазывающихся композитных покрытий, матрица которых может состоять из жаропрочных никелевых сплавов, интерметаллидов и керамики — в зависимости от назначения высокотемпературных узлов трения двигателя и требований обеспечения их ресурса и надежности. Полученные результаты исследований и международный опыт указывают на успешное практическое использование матричных композиционных материалов (никелевых, интерметаллидных и керамических) и высокотемпературных твердых смазочных материалов, состоящих из смесей простых и сложных оксидов, фторидов и серебра в качестве добавок, обеспечивающих синергию их смазывающих свойств. В качестве перспективных для использования в составе матричных материалов и добавок к ним рассмотрены соответствующие основным требованиям к базовым, задаваемым эксплуатационным триботехническим характеристикам композиционных самосмазывающихся высокотемпературных покрытий: низкое трение (коэффициент трения <0,2); высокая износостойкость (скорость износа <10–6 мм³/Нм) и широкий температурный диапазон (от комнатной температуры до высокой температуры выше 1500 ^oC). Таким образом, рассмотрены подходы к обеспечению износостойкости и фреттингостойкости пар трения высокотемпературных узлов газотурбинных двигателей за счет использования композитных самосмазывающихся покрытий. Предложено изучить вопросы конструирования самосмазывающихся композитных покрытий применительно к условиям работы разных высокотемпературных узлов трения газотурбинных двигателей в целях повышения их надежности и ресурса.

1. Малиновский И. М. Исследование и совершенствование воздушных систем газогенераторов турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой сгорания. — М. : МАИ, 2023. — 145 с.
2. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3–33.
3. Александров Д. А., Артеменко Н. И. Износостойкие покрытия для защиты деталей трения современных ГТД // Труды ВИАМ. 2016. № 10. С. 65–72.
4. Лесневский Л. Н. Материалы и процессы получения твердых смазочных покрытий. — М. : Изд-во МАИ. 2021. — 224 с.
5. Peterson M. B., Caiabrese S. J., Li S. Z., Jiang X. X. Friction of alloys at high temperature // J. Mater. Sci. Technol. 1994. No. 10. P. 313–320.
6. Dominguez-Meister S., Rojas T. C., Brizuela M., Sanchez-Lopez J. C. Solid lubricant behavior of MoS2 and WS2 – based nanocomposite coatings // Science and Technology of Advance Materials. 2017. Vol. 18. No. 1. P. 122–133.
7. Yang J. F. et al. Influence of service temperature on tribological characteristics of self-lubricant coatings: A review // Frontiers of Materials Science. 2013. Vol. 7. P. 28–39.
8. John M., Menesez P. L. Self – Lubricating Materials for Extreme Condition Applications // Materials. 2021. Vol. 14. 5588.
9. Kumar R., Hussanova I., Rahmani R., Antonov M. Sold lubrcaton at high–temperatures – A Revew // Materals. 2022. Vol. 15, Iss. 5. 1695.
10. Hedayati H., Mofidi A., Al-Fadhli A., Aramesh M. Solid lubricants used at extreme conditions experienced in machining: A comprehensive review of recent development and applca tions // Prepronts.org. 2023. DOI: 10.20944/preprints, 202312.2220.vl
11. Heshmat H., Hryniewicz P., Walton Ii J. F. et al. Low friction wear-resistant coatings for high-temperature foil bearings // Tribol. Int. 2005. Vol. 38. P. 1059–1075.
12. Radil K., DellaCorte C. The performance of PS400 subjected to sliding contact at temperatures from 260 to 927 ^oC // Tribol. Trans. 2017. Vol. 60. P. 57–64.
13. Wang L. Q., Zhou J. S., Yu Y. J., Guo C. et al. Effect of powders refinement on the tribological behavior of Ni-based composite coatings by laser cladding // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 258. P. 6697–6704.
14. Dellacorte C., Sliney H. E. Tribological properties of PM212-a high-temperature, selflubricating, powder-metallurgy composite // Lubrication Engineering. 1991. Vol. 47. P. 298–303.
15. Ding C. H., Li P. L., Ran G., Tian Y. W. et al. Tribological property of self-lubricating PM304 composite // Wear. 2007. Vol. 262. P. 575–581.
16. Lu J. J., Yang S. R., Wang J. B., Xue Q. J. Mechanical and tribological properties of Ni-based alloy/CeF3/graphite high temperature self-lubricating composites // Wear. 2001. Vol. 249. P. 1070–1076.
17. Li J. L., Xiong D. S. Tribological properties of nickel-based selflubricating composite at elevated temperature and counterface material selection // Wear. 2008. Vol. 265. P. 533–539.
18. Shengyu Zhua, Jun Chenga, Zhuhui Qiaoa, Jun Yanga. High temperature solid-lubricating materials: A review // Trib. Int. 2019. Vol. 133. P. 206–233.
19. Zhu S. Y., Bi Q. L., Yang J., Liu W. M. Effect of fluoride content on friction and wear performance of Ni3Al matrix high-temperature self-lubricating composites // Tribol. Lett. 2011. Vol. 43. P. 341–349.
20. Zhu M.-H., Fan X.-Q., Cai Z.-B., Peng J.-F. et al. Surface engineering design on alleviating fretting wear: a review // Surface Science and Technology. 2023. Vol. 1. 4.
21. Zhu S. Y., Li F., Ma J. Q., Cheng J. et al. Tribological properties of Ni3Al matrix composites with addition of silver and barium salt // Tribol. Int. 2015. Vol. 84. P. 118–123.
22. Antonov M., Afshari H., Baronins J., Adoberg E. et al. The effect of temperature and sliding speed on friction and wear of Si3N4, Al2O3, and ZrO2 balls tested against AlCrN PVD coating // Tribol. Int. 2018. Vol. 118. P. 500–514.
23. Kong L. Q ., Bi Q. L., Niu M. Y., Zhu S. Y. et al. ZrO2(Y2O3) – MoS2 – CaF2 self-ubricating composite coupled with different ceramics from 20 ^oC to 1000 ^oC // Tribol. Int. 2013. Vol. 64. P. 53–62.
24. Ouyang J. H., Li Y. F., Wang Y. M. et al. Microstructure and tribological properties of ZrO2(Y2O3) matrix composites doped with different solid lubricants from room temperature to 800 ^oC // Wear. 2009. Vol. 267. P. 1353–1360.
25. Kong L. Q., Bi Q. L., Zhu S. Y., Yang J. et al. Tribological properties of ZrO2 (Y2O3) Mo – BaF2/CaF2 composites at high temperatures // Tribol. Int. 2012. Vol. 45. P. 43–49.
26. Ouyang J. H., Li Y. F., Wang Y. M., Zhou Y. et al. Microstructure and tribological properties of ZrO2(Y2O3) matrix composites doped with different solid lubricants from room temperature to 800 ^oC // Wear. 2009. Vol. 267. P. 1353–1360.
27. Aouadi S. M., Paudel Y., Simonson W. J., Ge Q. et al. Tribological investigation of adaptive Mo2N/MoS2/Ag coatings with high sulfur content // Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 203. P. 1304–1309.