Ученые из Китая выяснили, что микрочастицы пыли в паровом потоке усиливают разрушительное воздействие водяных капель на материалы лопаток турбин. Об этом стало известно из результатов исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports.
Исследование основано на данных, которые были собраны при помощи специально разработанной системы испытаний, включая высокоскоростной водяной струйный стенд. Ученые использовали мартенситную сталь 17-4PH и лазерную наплавку из стеллита в качестве образцов. Сначала исследователи воздействовали частицами оксида железа со скоростью 200 м/с, а затем — водяной струей со скоростью 650 м/с. Как отмечается в статье, «влияние твердой частицы на водяную эрозию должно учитываться при изучении процесса эрозии последней ступени лопаток и поверхностных укрепляющих слоев».
Авторы пришли к выводу, что поврежденная поверхность создает неровную микроструктуру, которая ухудшает отвод жидкости, тем самым сокращая инкубационный период и ускоряя эрозию. Гладкая и упорядоченная поверхность лучше отводит воду и рассеивает поток, чем неровная и хаотичная структура, которая образуется после эрозии твердыми частицами. Из-за этого неровности приводят к более сильным повреждениям.
После воздействия пыли повреждения от капель воды усиливаются почти в 6 раз для стали и более чем в 2 раза для покрытия из стеллита. Под микроскопом видно, что у стали поверхность становится ступенчатой и волокнистой с элементами размером 10–20 мкм. А у стеллита формируется структура, похожая на сталактиты, где каждый «лепесток» — всего около 2 мкм, как у природных образований, которые формируются тысячелетиями.
Авторы подчеркнули, что такие структуры могут рассеивать энергию удара капель более эффективно. По их мнению, это объясняет повышенную устойчивость наплавленного слоя. Кроме того, даже незначительное увеличение шероховатости поверхности (в пределах 5–20%) после SPE приводит к резкому росту эрозионных потерь, указывая на ключевую роль микроструктуры.
Полученные данные могут лечь в основу новых моделей прогнозирования и способствовать разработке износостойких покрытий для турбин, авиационных и энергетических установок, подверженных воздействию капель и пыли.
Ранее Наука Mail писала, что инженеры из MIT придумали, как строить мосты на 100 лет вперед.