Projekt kluczowy Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Segment nr 10

1. Projekt kluczowy Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Segment nr 10 Nowoczesne pokrycia barierowe na krytyczne elementy silnika lotniczego

2. POLITECHNIKA LUBELSKA Zadanie Badawcze 10/1 Modelowanie fizyczne powłokowej bariery cieplnej z uwzględnieniem właściwości materiału i warunków pracy Teoretyczne opracowanie uwzględnia charakterystykę materiałów konstrukcyjnych na elementy silników lotniczych oraz wytwarzanych na nich warstw zwiększających właściwości użytkowe. Opisanozasadytworzeniarównańkonstytutywnych nowych materiałów kompozytowych uwzględniających stan naprężeńjak i analizy zagadnień mechaniki pękaniamateriałów w warunkach obciążeńmechanicznych, termicznych i uderzeniowych.

3. POLITECHNIKA LUBELSKA Zadanie Badawcze 10/1 W ramach badań sformułowano wieloskalowy model kompozytu dwufazowego typu Al2O3/ZrO2 uwzględniający rozwój procesów degradacji materiału. Wyznaczono termiczne warunki początkowe i warunki brzegowe na granicach warstw. Rozwiązano niestacjonarny problem przepływu ciepła przy założeniu termicznej izotropowości warstw.

4. POLITECHNIKA LUBELSKA Zadanie Badawcze 10/1 Wyznaczono rozkłady temperatury i naprężeń Misesa dla temperatury początkowej 750, 800, 850°C. Określono wpływ początkowej temperatury szoku termicznego na rozkład naprężeń w próbce. Opracowano numeryczny model łopatki turbiny silnika, krórą poddano oddziaływaniom szoku termicznego. Wyznaczono rozkłady temperatury w warstwie. Planuje się opracowanie numerycznego modelu łopatki turbiny silnika z pojedynczą warstwą TBC. Rozwój modelu ośrodka dwufazowego z degradacją pod wpływem obciążeń termo-mechanicznych

5. Zadanie Badawcze 10/2 POLITECHNIKA ŚLĄSKA Opracowanie podstaw technologii wytwarzania modyfikowanych powłok aluminidkowych oraz modyfikowanych metodami gazowymi w tym, stanowiących międzywarstwy pod powłoki TBC otrzymywane metodą EB-PVD na łopatkach kierujących turbiny W teoretycznym opracowaniu przedstawiono zjawiska towarzyszące otrzymywaniu powłokowych barier cieplnych. Uwzględniono rozwiązania wykorzystujące zmodyfikowane powłoki o wysokiej żaroodporności zawierające pierwiastki z grupy platynowców oraz pierwiastków reaktywnych. Opisano metody wytwarzania barier cieplnych uwzględniające najnowsze technologie oraz budowę i właściwości eksploatacyjne powłok w kontekście ich zastosowania do pokrywania elementów konstrukcyjnych silnika lotniczego.

6. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Zadanie Badawcze 10/2 WYNIKI BADAŃ WSTĘPNYCH Przeprowadzono wstępne badania nad możliwością modyfikacji powłok aluminidkowych Opracowano metodę wprowadzania pierwiastków z grupy reaktywnych oraz szlachetnych. Wykonano eksperymenty wytwarzania powłok Pt-Hf oraz Pd-Hf Przeprowadzono badania rozmieszczenia pierwiastków w powłokach Pt-Hf, Pd-Hf Wykazano możliwość modyfikacji powłok Pt-Al oraz Pd-Al pierwiastkami z grypy platynowców Przeprowadzono wstępne próby wytwarzania powłok na łopatkach AKTS. Wykonano analizę wpływu powłok na właściwości mechaniczne

7. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Zadanie Badawcze 10/2 Przygotowano stanowiska laboratoryjne do realizacji projektu Aparatura do otrzymywania powłok metodą gazową Stanowiska do badań właściwości w wysokiej temperaturze

8. Zadanie Badawcze 10/2 POLITECHNIKA ŚLĄSKA Powłoka aluminidkowa modyfikowana Pt Rozmieszczenie pierwiastków w powłoce modyfikowanej Hf

9. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Zadanie Badawcze 10/3 Opracowanie podstaw technologii oraz parametrów technologii wytwarzania nowych modyfikowanych powłok aluminidkowych metodą CVD w tym międzywarstw stanowiących alternatywę dla międzywarstw typu MeCrAlY pod powłokowe bariery cieplne W teoretycznym opracowaniu przedstawiono podstawy procesu aluminidkowania metodą CVD w procesie nisko i wysokoaktywnym. Opisano reakcje chemiczne zachodzące w generatorach oraz w reaktorze. Analizowano wpływ warunków procesu na budowę i właściwości otrzymanych warstw. Przedstawiono zasady i efekty modyfikowania powłok aluminidkowych w celu poprawy ich właściwości eksploatacyjnych.

10. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Zadanie Badawcze 10/3 Przeprowadzono wstępne procesy aluminidkowania dla ustalenia sposobu oddziaływania warunków technologicznych na głębokość i budowę wytworzonych warstw. Warstwa uzyskana przy ciśnieniu 250 hPa, temp. 1050oC, czas 8 h Warstwa uzyskana przy ciśnieniu 500 hPa, temp. 1050oC, czas 8 h

11. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Zadanie Badawcze 10/3 Opracowano założenia dla przygotowania i sposobu rozmieszczenia próbek w reaktorze. Przygotowano wytyczne dla ustalenia warunków procesu CVD –ciśnienie, temperatura, czas. Opracowano strukturę procesu aluminidkowania z wprowadzaniem modyfikatora metalicznego. Opracowano metodykę i wykonano wstępne badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego. Dokonano oceny oddziaływania warunków procesu CVD na topografię powierzchni

12. POLITECHNIKA RZESZOWSKA Zadanie Badawcze 10/3 Przygotowano linię technologiczną dla wytwarzania modyfikowanych powłok aluminidkowych zawierającą generator zewnętrzny dla wytwarzania MeClx. W następnym etapie planowane jest wytwarzanie warstw aluminidkowych modyfikowanych Hf i Zr jako międzywarstw dla powłokowych barier cieplnych oraz badania budowy i właściwości otrzymanych modyfikowanych warstw aluminidkowych.

13. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Zadanie Badawcze 10/4 Badania właściwości fizycznych nowych materiałów ceramicznych oraz powłok TBC zawierających te materiały m.in. Re2Zr2O7 o strukturze pyrochlore modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich (La, Gd, Nd, Sm, Eu) i mniejszym przewodnictwie cieplnym niż obecnie stosowane materiały na bazie tlenku cyrkonu Dokonano analizy literaturowej nt. właściwości i zastosowania powłok TBC modyfikowanych pierwiastkami ziem rzadkich. Analizowano mechanizm oddziaływania modyfikatorów w procesie wytwarzania powłok oraz ich wpływ na budowę i właściwości eksploatacyjne warstw.

14. POLITECHNIKA ŚLĄSKA Zadanie Badawcze 10/4 Wykonano szczegółową analizę konstrukcji elementów komory spalania OPRACOWANO: Metodykę kalorymetrycznych badań właściwości cieplnych i przemian w stopie żarowytrzymałym na bazie niklu, Metodykę badań właściwości cieplnych powłok dyfuzyjnych oraz ceramicznych Metodykę kalorymetrycznych badań właściwości fizycznych ceramicznych materiałów powłokowych

15. Zadanie Badawcze 10/4 POLITECHNIKA ŚLĄSKA OPRACOWANO METODYKĘ BADAŃ NOWYCH MATERIAŁÓW DO NATRYSKIWANIA CIEPLNEGO Określono kryteria badań dla oceny i kwalifikacji proszków do natryskiwania Opracowano metodykę badań przewodnictwa cieplnego nowych proszków do natryskiwania 3. Scharakteryzowano materiały nowego typu przeznaczone do natryskiwania cieplnego warstw typu TBC; 4. Opracowano charakterystykę parametrów definiujących strukturalnie i technologicznie proszki; 5. Określono kryteria oceny i zakres badań mikrostruktury oraz własności technologicznych proszków nowego typu; 6. Opracowano metodykę badawczą adekwatną do merytorycznego zakresu badań proszków; 7. Opracowano zasady przygotowania preparatów badawczych 8. Opracowano metodykę badań właściwości fizycznych materiałów ceramicznych na powłokowe bariery cieplne 9. Opracowano metodykę badań mikroanalitycznych powłok TBC Zastosowane będą nowe materiały do natryskiwania plazmowego; Opracowana zostanie technologia natryskiwania z wykorzystaniem nowego systemu Triplex firmy Sulzer.

16. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Zadanie Badawcze 10/5 Opracowanie podstaw technologii uwzględniającej kryteria poprawy odporności na korozję wysokotemperaturową oraz zużycie przez tarcie warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stopów niklu o zawartości ok. 18%Cr w temperaturze 700oC W opracowaniu teoretycznym przedstawiono charakterystyki żarowytrzymałych stopów niklu oraz stopów tytanu przeznaczonych na elementy konstrukcyjne silników lotniczych. Przedstawiono mechanizmy utleniania tych materiałów. Opisano metody nanoszenia powłok żaroodpornych i ich właściwości .

17. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Zadanie Badawcze 10/5 Celem prac wykonanych w ramach zadania 5 było przeprowadzenie wstępnej, modelowej obróbki cieplno –chemicznej (aluminiowania) łopatki ze stopu Inconel 100. Warstwy wytworzono w procesie wysokoaktywnym-Chemical Vapour Deposition (CVD). Następnie w piecu próżniowym wykonano obróbkę cieplną wytworzonych warstw.

18. POLITECHNIKA WARSZAWSKA Zadanie Badawcze 10/5 • Wykonano badania uzyskanych warstw po procesie CVD oraz obróbce cieplnej obejmujące: • analizę mikrostruktury; • pomiary twardości; • badanie chropowatości powierzchni; • ocenę składu fazowego; • Otrzymane wyniki badań wstępnych stanowić będą podstawę do dalszej pracy mającej na celu zoptymalizowanie parametrów technologicznych procesu. Ten etap obejmie zarówno badania budowy powłok jak i ich właściwości eksploatacyjnych.

19. 2. PRZEDSTAWIENIE GŁÓWNYCH WNIOSKÓW Z WIZYT W PRZEDSIĘ BIORSTWACH DOLINY LOTNICZEJ W RAMACH REALIZACJI ZADAŃ W SEGMENCIE ZB 10 ODBYWAJĄ SIĘ REGULARNE SPOTKANIA Z PARTNERAMI DOLINY LOTNICZEJ NA KTÓRYCH OMAWIANE SĄ PROBLEMY TECHNOLOGICZNE DOTYCZĄCE : - URUCHOMIENIA NOWEGO SYSTEMU NATRYSKIWANIA PLAZMOWEGO TRIPLEX - ANALIZY TECHNOLOGII ALUMINIOWANIA - WYBORU MODELOWYCH ELEMENTÓW DO POKRYWANIA (komory spalania, łopatki, aparaty kierujące, elementy zawracania płomieni i in.) - ANALIZY KONSTRUKCJI ELEMENTÓW - WYBORU DEMONSTRATORA DO PRÓB PLAN ZMIAN ZADAŃ BADAWCZYCH NIE PRZEWIDUJE SIĘ ZMIAN W PLANACH BADAWCZYCH

20. WYKAZ RZECZYWISTYCH WSKAŹNIKÓW REALIZACJI CELÓW PROJEKTU : • Politechnika Śląska: • 2 prace magisterskie są w toku realizacji • 2 prace doktorskie –planowane otwarcie w roku 2010 • 1praca habilitacyjna w realizacji • 1referat zgłoszony na ISABE 2009 Kanada • Politechnika Rzeszowska: • praca magisterska: Adrian Cieśla; „Wpływ składu chemicznego nadstopów niklu na głębokość warstwy wytworzonej metodą CVD” WBMiL Polit. Rzeszowska • 1 zgłoszony artykuł konferencyjny • Politechnika Lubelska: • Sabbah Ataya, Tomasz Sadowski: „FE simulation of thermal shock in layered ceramic composites” 11th Int. Conf. On Mining, Petroleum and Metallurgical Engineering. • Praca doktorska:Przemysław Golewski:”Zagadnienia modelowania szoków termicznych w powłokach barierowych łopatek silników lotniczych” • 3 zgłoszone referaty konferencyjne • Politechnika Warszawska: • R. Sitek, J. Kamiński, P. Sallot, K.J. Kurzydłowski „Structure And Properties Of Iron Aluminide Layers Produced Using Chemical Vapour Deposition Method On 316l Steel” artykuł w recenzji (czasopismo: Materials Science)