Проведен анализ состояния проблемы повышения жизненного цикла деталей авиационных двигателей с помощью технологических методов. Среди рассмотренных - методы поверхностно-пластического деформирования, термическая обработка, диффузионное насыщение, обработка в магнитном поле, электрофизическая обработка, отделочно-упрочняющая обработка и нанесение функциональных покрытий. Тщательное рассмотрение вышеперечисленных методов, позволило выделить высокоскоростное газопламенное напыление покрытий как метод, обладающий широкими технологическими возможностями и экономической эффективностью.

Предложена новая конструкция газопламенной горелки для сверхзвукового напыления покрытий на детали авиационных двигателей. Описываемое оборудование относится к машиностроению и решает задачи увеличения ресурса аналогичных установок для напыления путем устранения сужающихся участков по ходу движения расплавленных частиц напыляемого порошка и напыления порошков тугоплавких материалов. Выполнен сравнительный анализ существующих аналогов и прототипа, указаны их недостатки и предложены пути их устранения. Описана суть изобретения, его составляющие и область применения.

Рассмотрен процесс ускорения порошкового материала в сверхзвуковом сопле газопламенной горелки для нанесения газотермических покрытий и в пространстве между срезом сопла и обрабатываемой деталью. Цель анализа - установление зависимости между размером твердой фазы двухфазного потока и распределением толщины наносимого покрытия в поперечном сечении. Внимание уделено вопросу определения минимального размера частиц твердой фазы, которые способны сформировать покрытие на обрабатываемой поверхности. Определены необходимые условия образования соединения между частицей и подложкой. Применен метод конечноэлементного анализа газодинамики двухфазных сред и вероятностно-статистические методы анализа данных. Установлен минимальный размер частиц, при котором происходит формирование покрытия.

Рассмотрено моделирование распределения частиц в двухфазном потоке с последующим анализом поведения частиц в стволе детонационно-плазменной установки и за срезом ствола вплоть до подложки. Полученные результаты позволяют в дальнейшем совершенствовать оборудование и разрабатывать технологические процессы нанесения защитных покрытий на нагруженные детали авиационных двигателей с оптимальными параметрами глубины загрузки и фракции порошка.

Приведены результаты исследований структуры и физико-механических свойств покрытий, полученных двухкамерной горелкой для сверхзвукового газопламенного напыления (ГПН). В качестве компонентов топлива использовались МАФ-газ и кислород. Полученные результаты показали, что благодаря оригинальной конструкции горелки удалось получить покрытия с пористостью менее 5 % и адгезионной прочностью сцепления до 100 МПа за счет управления скоростью и температурой частиц напыляемого материала в тракте двухкамерной горелки для сверхзвукового газопламенного напыления и дистанции от среза камеры смешения горелки до подложки; более эффективного ускорения частиц напыляемого материала и существенного улучшения условий для тепловой релаксации напыляемого материала, при этом, не увеличивая габаритных размеров горелки и исключая сужающиеся участки газового тракта по мере движения расплавленных частиц.

Приведена математическая модель, описывающая изменения скорости и температуры частиц напыляемого материала в тракте двухкамерной горелки для сверхзвукового газопламенного напыления и от среза камеры смешения горелки до подложки. В качестве компонентов топлива в расчетах приняты МАФ-газ и кислород. Расчёты температуры и скорости частиц выполнены для карбида хрома размером 40 мкм. Полученные результаты показывают, что благодаря оригинальной конструкции горелки существенно улучшаются условия для тепловой релаксации напыляемого материала, а также расширяются возможности управления процессом напыления.

Приведена математическая модель, описывающая изменения скорости и температуры продуктов сгорания в тракте двухкамерной горелки для сверхзвукового газопламенного напыления. В качестве компонентов топлива в расчетах приняты МАФ-газ и кислород. Полученные результаты показывают, что благодаря оригинальной конструкции горелки удалось разделить участки нагрева и ускорения частиц напыляемого материала, существенно улучшив условия для тепловой релаксации частиц, а также расширив возможности управления процессом напыления, при этом, не увеличивая габаритных размеров горелки и исключая сужающиеся участки газового тракта по мере движения расплавленных частиц.

Досліджено поліпшення експлуатаційних характеристик покриттів, що наносяться методом високошвидкісного газополуменевого напилення на деталі авіаційних двигунів (АД). За результатами аналітичного огляду встановлено, що найбільш широкі можливості мають газотермічні методи напилювання захисних покриттів, а саме метод високошвидкісного газополуменевого напилення з витратним управлінням енергетичними параметрами процесу. Набув подальшого розвитку витратний метод управління енергетичними параметрами процесу напилення. Спроектовано, виготовлено, випробувано та запатентовано пальник, що у своїй конструкції реалізовує запропонований метод. Вперше розроблено математичну модель розрахунку кінематичних і енергетичних параметрів частинок матеріалу, що напилюється. Розроблено новий метод зміцнення деталей АД із жароміцних нікель-хромових сплавів. Проведено комплексні дослідження властивостей покриттів. Розроблено технологічні рекомендації з нанесення покриттів на деталі АД.