creexpCrede Experto: транспорт, общество, образование, языкCrede Experto: transport, society, education, language2312-1327Иркутский филиал ФГБОУ ВО «МГТУ ГА»10.51955/2312-1327-2026-3-64creexp-379Research ArticleЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И МЕТОДЫ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИЭкспериментальные исследования защитных покрытий лопаток турбины газотурбинного двигателя на изотермическую жаростойкостьExperimental study of protective coatings for turbine blades of a gas turbine engine with respect to isothermal heat resistancehttps://orcid.org/0009-0007-3882-707XДревнякВ. В.DrevnyakV. V.

Владимир Владимирович Древняк – кандидат технических наук, проректор по безопасности и развитию инфраструктуры

Кронштадтский бульвар, д. 20, Москва, 125493

Vladimir V. Drevnyak, Cand. Sci. (Technology), Vice-Rector for Security and Infrastructure Development

20 Kronshtadtsky Blvd, Moscow

v.drevnyak@mstuca.ruhttps://orcid.org/0009-0005-7005-9192СамойленкоВ. М.SamoylenkoV. M.

Василий Михайлович Самойленко – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой авиатопливообеспечения и ремонта ЛА (АТО и РЛА)

Кронштадтский бульвар, д. 20, Москва, 125493

Vasily M. Samoylenko, Dr. Sci. (Technology), Professor, Head of the Department of Aviation Fuel Supply and Aircraft Repair

20 Kronshtadtsky Blvd, Moscow

v.samoilenko@mstuca.ruhttps://orcid.org/0009-0007-4147-683XРавиловР. Г.RavilovR. G.

Ринат Галимчанович Равилов – кандидат технических наук, главный металлург

Лыткарино, 140080

Rinat G. Ravilov, Cand. Sci. (Technology), Chief Metallurgist, Lytkarinsky Machine-Building Plant

 Lytkarino, 140080

rinat.ravilov@lmz.umpo.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3964-7225СамойленкоЕ. В.SamoylenkoE. V.

Елизавета Васильевна Самойленко – кандидат технических наук, доцент кафедры технической механики и инженерной графики (ТМ и ИГ)

Кронштадтский бульвар, д. 20, Москва, 125493

Elizaveta V. Samoylenko, Cand. Sci. (Technology), Associate Professor at the Department of Technical Mechanics and Engineering Graphics

20 Kronshtadtsky Blvd, Moscow

e.samoilenko@mstuca.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4538-0268БорзоваА. С.BorzovaA. S.

Анжела Сергеевна Борзова – доктор технических наук, профессор кафедры экономики и управления на воздушном транспорте

Кронштадтский бульвар, д. 20, Москва, 125493

Angela S. Borzova, Dr. Sci. (Technology), Professor at the Department of Economics and Management in Air Transport

20 Kronshtadtsky Blvd, Moscow

a.borzova@mstuca.ruМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian FederationЛыткаринский машиностроительный завод филиал ПАО «ОДК-УМПО»РоссияLytkarinsky Machine-Building Plant, branch of PJSC UEC-UMPORussian Federation2026150920261336476Copyright © Древняк В.В., Самойленко В.М., Равилов Р.Г., Самойленко Е.В., Борзова А.С., 20262026Древняк В.В., Самойленко В.М., Равилов Р.Г., Самойленко Е.В., Борзова А.С.Drevnyak V.V., Samoylenko V.M., Ravilov R.G., Samoylenko E.V., Borzova A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ce.if-mstuca.ru/jour/article/view/379

Теплозащитные покрытия используются для защиты лопаток газовых турбин и предназначены для продления их срока службы или повышения температуры газа перед турбиной, а, следовательно, эффективности. Как правило, теплозащитное покрытие состоит из нескольких слоев, в процессе эксплуатации структура и состав которых меняются из-за процессов, происходящих в них, а именно – окисления металлического слоя и диффузии его элементов в сплав, а также спекания керамического слоя. В результате этого изменяются свойства каждого слоя. Эти изменения в сочетании с приложенными внешними нагрузками могут привести к образованию трещин на границе раздела между связующим покрытием и керамикой, и керамический слой в конечном итоге может отколоться. В дополнение к этой внутренней деградации взаимодействие с окружающей средой может ускорить разрушение покрытия. В этой статье рассматриваются явления, возникающие в теплозащитных покрытиях при высоких температурах, и описываются механизмы их разрушения с иллюстрациями, приводятся результаты лабораторных испытаний и выбора варианта теплозащитного покрытия. Рассматриваются вопросы долговечности теплозащитных покрытий и технические подходы к их улучшению.

Thermal protective coatings are used to protect the blades of gas turbines and are designed to extend their service life or increase the temperature of the gas in front of the turbine, and, consequently, efficiency. As a rule, a heat-protective coating consists of several layers, during operation, the structure and composition of which change due to the processes occurring in them, namely, oxidation of the metal layer and diffusion of its elements into the alloy, as well as sintering of the ceramic layer. As a result, the properties of each layer change. These changes, combined with applied external loads, can lead to cracks at the interface between the binder coating and the ceramic, and the ceramic layer may eventually break off. In addition to this internal degradation, interaction with the environment can accelerate the destruction of the coating. This article discusses the phenomena that occur in heat-protective coatings at high temperatures, and describes the mechanisms of their destruction with illustrations, the results of laboratory tests and the choice of a heat-protective coating option. The issues of durability of thermal protective coatings and technical approaches to their improvement are considered.

защитные покрытияразрушение покрытияизотермическая жаростойкостьметаллический подслойвысокотемпературное окислениеprotective coatingscoating failureisothermal heat resistancemetal sublayerhigh-temperature oxidationReferencesАбраимов Н. В. Влияние состава и структуры на долговечность покрытий систем Al-Si-Y и Ni-Cr-Al-Y на лопатках газовых турбин / Н. В. Абраимов, В. В. Лукина, М. С. Зарыпов // Электрометаллургия. 2019. 9. С. 33-40. EDN LEULXW.Abraimov N. V., Eliseev Yu. S., Shkretov Yu. P., Terekhin A. M. (2008). Progressive technologies for protecting turbine blades from gas corrosion. Flight. All-Russian Scientific and Technical Journal. 3: (17-24). (in Russian)Абусдель А. М. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах I. Термобарьерный слой / А. М. Абусдель, Т. А. Ильинкова, А. Н. Лунев // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2005. 1. С. 60-64. EDN HROFRT.Abraimov N. V., Lukina V. V., Zarypov M. S. (2019). Influence of composition and structure on coating durability of systems Al-Si-Y and Ni-Cr-Al-Y on blades of gas turbines. Electrical Engineering. 9: 33-40. (in Russian)Авторское свидетельство 722366 A1 СССР, МПК C23C 10/56. Состав для хромоалитирования жаропрочных сплавов: 2685856/02: заявл. 15.11.1978: опубл. 27.11.2005 / П. Т. Коломыцев, Н. В. Абраимов, Г. И. Зуев [и др.]. EDN VNSTLU.Abusdel A. M., Ilinkova T. A., Lunev A. N. (2005). Application of thermal barrier coatings in modern gas turbines. I. Thermobarrier layer. News from Higher Education Institutions. Aviation Engineering. 1: 60-64. (in Russian)Будиновский С. А. Современные способы нанесения теплозащитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей (обзор) / С. А. Будиновский, Д. А. Чубаров, П. В. Матвеев // Авиационные материалы и технологии. 2014. S5. С. 38-44. EDN TMEBDP.Budinovskiy S. A., Chubarov D. A., Matveyev P. V. (2014). Modern methods of applying thermal barrier coatings to gas turbine engine blades (review). Aviation Sciences and Technologies. S5: 38-44. (in Russian)Выбор жаростойкого покрытия для жаропрочного никелевого рений-рутенийсодержащего сплава марки ВЖМ4 / А. М. Гаямов, С. А. Будиновский, С. А. Мубояджян, А. А. Косьмин // Труды ВИАМ. 2014. 1. С. 1. EDN RTKVOD.Gayamov A. M., Budinovsky S. A., Muboyajyan S. A., Kosmin A. A. (2014). The choice of a heat-resistant coating for a heat-resistant nickel rhenium-ruthenium containing alloy of the VZHM4 brand. Proceedings of VIAM: electron. Scientific and Technical Journal. 1: 01. DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-1-1-1.Кашин Д. С. Современные теплозащитные покрытия, полученные методом электронно-лучевого напыления (обзор) / Д. С. Кашин, П. А. Стехов // Труды ВИАМ. 2018. 2(62). С. 10. DOI 10.18577/2307-6046-2018-0-2-10-10. EDN YOUGJO.Gleeson B. (2006). Thermal protective coatings for use in aircraft engines. Journal of Propulsion and Power. 22(2): 375-383.Методика оценки долговечности покрытия на лопатках турбины из сплавов ЖС6У И ЖС26ВСНК / Р. Г. Равилов, М. А. Петрова, В. В. Древняк, М. Саадатибаи // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. 222(12). С. 201-206. EDN VKFIKZ.Ivanov E. G. (2015). Application of coatings from aqueous suspension to protect gas turbine engine parts from corrosion. Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation. 217 (7): 46-50. (in Russian)Мубояджян С. А. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД / С. А. Мубояджян, В. П. Лесников, В. П. Кузнецов; С. А. Мубояджян, В. П. Лесников, В. П. Кузнецов; Акад. инженерных наук им. А. М. Прохорова, Региональное Уральское отд-ние. Екатеринбург : Квист, 2008. 207 с. ISBN 5-900474-60-7. EDN QNVOMN.Kashin D. S., Stekhov P. A. (2018). Modern thermal barrier coatings obtained by electron-beam physical vapor deposition (review). Scientific and technical journal "PROCEEDINGS of VIAM". 2(62): 84-90. (in Russian)Мубояджян С. А. Промышленное ионно-плазменное оборудование для нанесения защитных покрытий // Энциклопедия инженера-химика. 2012. 5. С. 34-41. EDN PAKGAX.Kolomytsev P. T., Abraimov N. V, Zuev G. I. Composition for chromo-alloying of heat-resistant alloys. Copyright certificate SU 722366 A1 2005. Application number: 2685856/02. Publication date: 11/27/2005. (in Russian)Применение покрытий из водной суспензии для защиты деталей ГТД от коррозии / Е. Г. Иванов, В. М. Самойленко, Р. Г. Равилов, М. А. Петрова // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. 217(7). С. 46-50. EDN TWDAGJ.Muboyadzhyan S. A., Lesnikov V. P., Kuznetsov V. P. (2008). Complex protective coatings of turbine blades of aviation gas turbine engines. Yekaterinburg: Kvist Publishing House, 208 p. (in Russian)Прогрессивные технологии защиты лопаток турбин от газовой коррозии / Н. В. Абраимов, Ю. С. Елисеев, Ю. П. Шкретов, A. M. Терехин // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2008. 3. С. 17-25. EDN IJSHMP.Muboyadzhyan S. A. (2012). Industrial ion-plasma equipment for applying protective coatings. Encyclopedia of a chemical engineer. 5: 34-41. (in Russian)Сравнительное исследование защитных покрытий на термостойкость / А. В. Зоричев, Г. Т. Пащенко, О. А. Парфеновская [и др.] // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2020. Т. 23, 1. С. 41-48. DOI 10.26467/2079-0619-2020-23-1-41-48. EDN CUXWVB.Ravilov R. G., Petrova M. A., Drevnyak V. V., Saadatibai M. (2015). Methodology for assessing the durability of coatings on turbine blades made of ZHS6U and ZHS26VSNK alloys. Civil aviation high technologies. 222: 201-206. (in Russian)Gleeson B. Thermal Barrier Coatings for Aeroengine Applications // Journal of Propulsion and Power. 2006. Vol. 22, 2. pp. 375-383. DOI: 10.2514/1.20734.Tatarko P., Kašiarová M., Dusza J., Morgiel J. (2010). Wear Resistance of Hot-Pressed Si3N4/SiC Micro/Nano Composites Sintered with Rare-Earth Oxide Additives. Wear. 269(11): 867-874. DOI: 10.1016/j.wear.2010.08.020.Tatarko P. Wear resistance of hot-pressed Si3N4/SiC micro/nanocomposites sintered with rare-earth oxide additives / P. Tatarko, M. Kašiarová, J. Dusza, J. Morgiel // Wear. 2010. Vol. 269. No. 11. P. 867-874. DOI: 10.1016/j.wear.2010.08.020.Zhong X., Zhao H., Zhou X. [et al.] (2014). Thermal shock behavior of toughened gadolinium zirconate/YSZ double-ceramic-layered thermal barrier coating. Journal of Alloys and Compounds. 593: 50-55. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.01.060.Zhong X. Thermal shock behavior of toughened gadolinium zirconate/YSZ double-ceramic-layered thermal barrier coating / X. Zhong, H. Zhao, X. Zhou [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2014. 593. P. 50-55. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.01.060.Zorichev A. V., Pashchenko G. T., Parfenovskaya O. A., Samoylenko V. M, Golovneva T. I. (2020). Comparative study of protective coatings for heat resistance. Scientific bulletin of MSTU GA. 23(1):41-48. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-1-41-48

The authors declare that there are no conflicts of interest present.