Вітчизняний виробник авіаційних двигунів АТ «Мотор Січ», що виготовляє значну номенклатуру двигунів та активно проводить дослідження і розробки з підвищення надійності поставив метою розробити жаростійке ущільнювальне покриття, що могло б працювати в умовах температур близько 1100 °С. Необхідно було на базі вже існуючого серійного покриття на нікелевій основі, створити покриття яке б мало вищу жаростійкість та зберігало задовільні фізико-механічні характеристики впродовж часу експлуатації. Основна проблемою була необхідність збереження сформованої геометрії покриттів під дією високотемпературного агресивного газового потоку, який викликає руйнування ущільнювального покриття внаслідок дії високотемпературної корозії та механічного ерозійного зношування.
Підвищення температури експлуатації було вирішено забезпечити легуванням рідкісноземельними металами, які нейтралізують шкідливий вплив домішок кисню та сірки, позитивно впливають на структурну стабільність сплавів, зменшують їх лікваційну неоднорідність, попереджують утворення шкідливих структурних складових (ТПУ фази, μ-фази тощо). Легування проводили комплексними ітрійвміщуючими лігатурами різних складів. Вибір ітрію, як складової, що буде присутня у всіх варіантах експериментальних покриттів, обумовлений багатьма факторами, зокрема це висока температура плавлення, забезпечення рафінуючої дії завдяки високій хімічній активності, позитивний вплив на морфологію включень і структурну стабільність, зменшення лікваційної неоднорідності та запобігання утворенню ТЩП фаз. Також, оскільки розробка велась для ущільнювальних покриттів, які повинні відзначатись задовільним опором високотемпературній корозії, вибір ітрію був зумовлений його високою термодинамічною активністю і, відповідно, схильністю до пасивації з утворенням стійких оксидних плівок Y2O3.
Впродовж роботи досліджували структуру та фізико-механічні властивості покриттів у вихідному стані та після довготривалого температурного впливу. Проводились дослідження з використанням обладнання кафедри: растрового електронного мікроскопу, модернізованого дифрактометру, дилатометру Шевенару, твердометрів та мікротвердомерів. Для термічної обробки отримуваних матеріалів використовували наявні печі. Необхідності у визначенні короткотривалої та довготривалої міцності та границі витривалості в даній роботі не було, хоча наявне обладнання на кафедрі присутнє.
В результаті досліджень задача удосконалення складу ущільнювальних покриттів, які можуть тривалий час експлуатуватись в умовах дії агресивного розігрітого газового потоку при підвищених температурах була вирішена. Дослідження мікроструктури показало, що додавання лігатур, що містять ітрій, приводить до подрібнення напилених частинок і зумовлює більш рівномірний розподіл пор. Рентгеноструктурні дослідження дозволили встановити особливості формування фазового складу ущільнювальних покриттів, як після нанесення, так і в процесі довготривалої високотемпературної витримки. Встановлено, що після газополуменевого напилення формується певна кількість інтерметалідних фаз та оксиду ітрію. На етапі припрацьовування роторно-статорних елементів двигуна це є позитивним фактором для запобігання інтенсивному зношуванню деталей ротору на початкових етапах експлуатації двигуна. Після проведення подальшої високотемпературної обробки залишаються інтерметалідні фази та з’являються нові оксидні фази та шпінельні сполуки, що позитивно впливає на жаро- і зносостійкість покриттів, а також їх ерозійну стійкість. Оскільки збільшення кількості цих фаз відбувається після припрацьовювання покриттів, зношування деталей ротору на початковому етапі буде мінімальним, а в подальшому, на етапі усталених режимів роботи газотурбінного двигуна, відповідні структурні зміни сприятимуть підвищенню зносо- та жаростійкості покриттів. Визначено теплофізичні характеристики експериментальних покриттів. Легування ущільнювального покриття на основі нікелю комплексною лігатурою Co-Ni-Cr-Al-Y дозволило забезпечити задовільний рівень таких експлуатаційних властивостей, як міцність адгезійної взаємодії покриття із різними матеріалами основи та опір ерозії. Встановлено, що формування дисперсних включень термостійких шпінелей дозволяє підвищити опір високотемпературній корозії і, відповідно, експлуатаційну надійність деталей ГТД.
Застосування удосконалених покриттів в конструкції лабіринтних ущільнень турбіни, дозволяє зберегти величину радіального зазору, що при середньому річному наробітку 800 годин забезпечить загальне зниження витрат авіаційного палива на 184 т.