Czasopismo | OCHRONA PRZED KOROZJĄ | Rocznik 2023 - zeszyt 3

The erosion resistance of Cr/CrN multilayer coating deposited using industrial Arc-PVD process for compressor blades application

Odporność erozyjna wielowarstwowych powłok Cr/CrN osadzonych metodą Arc-PVD w warunkach przemysłowych do zastosowania na sprężarki silników lotniczych

10.15199/40.2023.3.1

nr katalogowy: 142350
10.15199/40.2023.3.1

Streszczenie

This study presents the results of a study on the feasibility of using a commercial Cr/CrN multilayer coating to protect the surface of aircraft engine compressor blades made of stainless steel. The research was conducted for coatings composed of 10 and 14 alternating layers of chromium and chromium nitride, respectively. The both variants of coating was manufactured in Ion Galenica Company. Studies of its microstructure showed that their thickness did not exceed 3 μm. Studies of the erosion resistance of both coating variants showed about 50% less weight loss of the samples compared to the material without a protective coating. The highest erosion resistance was found for the 10-layer variant.

Abstract

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących możliwości zastosowania komercyjnej wielowarstwowej powłoki Cr/CrN do ochrony powierzchni łopatek sprężarki silnika lotniczego wykonanych ze stali nierdzewnej. Przeprowadzono badania powłok złożonych z 10 i 14 naprzemiennych warstw chromu i azotku chromu, wykonanych w firmie Ion Galenica. Analiza mikrostruktury powłok wykazała, że ich grubość nie przekraczała 3 μm. Badania odporności erozyjnej obu wariantów powłoki wykazały o ok. 50% mniejsze spadki masy próbek w porównaniu z materiałem bez powłoki ochronnej. Największą odporność erozyjną stwierdzono w wypadku wariantu 10-warstwowego.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] K. Dychtoń, P. Rokicki, A. Nowotnik, M. Drajewicz, J. Sieniawski. 2015. “Process Temperature Effect on Surface Layer of Vacuum Carburized Low-Alloy Steel Gears”. Solid State Phenomena 227: 425–428. DOI: 10.4028/www. scientific.net/SSP.227.425.
[2] M. Drajewicz, M. Góral, B. Kościelniak, K. Ochał, T. Kubaszek, M. Pytel, P. Wierzba, R. Wojtynek. 2021. “The Influence of Process Parameters on Structure and Phase Composition of Boride Coatings Obtained on X39CrMo17-1 Stainless Steel”. Solid State Phenomena 320: 55–59. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.320.55.
[3] B. Berthoul, A. Batailly, M. Legrand, L. Stainier, P. Cartraud. 2015. “Abradable Coating Removal in Turbomachines: A Macroscopic Approach for Various Wear Mechanisms”. ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition, Montréal, Canada.
[4] M. Kot, W. Rakowski, J. Morgiel, Ł. Major. 2009. „Właściwości powłok wielo- warstwowych o różnej grubości warstw Ti/TiN”. Tribologia 3: 59–67.
[5] B. Surowska. 2002. Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozją. Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej.
[6] L. Swadźba, B. Formanek, H.M. Gabriel, P. Liberski, P. Podolski. 1993. “Erosion- and Corrosion-Resistant Coatings for Aircraft Compressor Blades”. Surface and Coatings Technology 62(1–3): 486–492. DOI: 10.1016/0257- 8972(93)90288-Y.
[7] P. Langholf, W. Eichmann, F. Heutling, T. Uihlein. 2008. New Environmental Friendly Systems – Erosion Resistant Coatings as a Means to Green Engines. IntAIRCOAT. MTU Aero Engines GmbH.
[8] B. Mendala, L. Swadźba, M. Hetmańczyk. 1998. “Structure and Properties of Cr-CrN and Ti-TiN Multilayer Coatings Obtained by Arc-PVD Method”. Inżynieria Materiałowa 4: 998–1001.
[9] M. Hetmańczyk, L. Swadźba, B. Mendala. 2007. “Advanced Materials and Protective Coatings in Aero-Engines Application”. Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering 24(1): 372–381.
[10] J. Ratajski, A. Gilewicz, P. Bartosik, Ł. Szparaga. 2015. “Mechanical Properties of Antiwear Cr/CrN Multi-Module Coatings”. Archives of Materials Science and Engineering 75(1): 35–45.
[11] R. Bayón, A. Igartua, X. Fernández, R. Martínez, R.J. Rodríguez, J.A. García, A. de Frutos, M.A. Arenas, J. de Damborenea. 2009. “Corrosion-Wear Behaviour of PVD Cr/CrN Multilayer Coatings for Gear Application”. Tribology International 42(4): 591–599. DOI: 10.1016/j.triboint.2008.06.015.
[12] M. Góral, G. Mrówka-Nowotnik. 2020. “Protective Coatings for Aluminium Die Casting Moulds and Continuous Casting Moulds: A Review”. Ochrona przed Korozją 7: 216–219. DOI: 10.15199/40.2020.7.1.
[13] M. Naveed, A. Obrosov, S. Weiss. 2015. “Investigation of the Wear Resistance Properties of Cr/CrN Multilayer Coatings against Sand Erosion”. Conference Papers in Science 2015: article ID 873543. DOI: 10.1155/2015/873543.
[14] M. Drajewicz, M. Góral, M. Pytel, B. Kościelniak, T. Kubaszek, P. Wierzba, P. Cichosz. 2021. “The Duplex Coating Formation Using Plasma Nitriding and CrN PVD Deposition on X39CrMo17-1 Stainless Steel”. Solid State Phenomena 320: 43–48. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.320.43.
[15] Zhao-yun Chen, Zhi-qiang Li, Xiang-hong Meng. 2009. “Structure, Hardness and Corrosion Behavior of a Gradient CrNx Thick Coating Applied to Turbine Blades”. Applied Surface Science 255(16): 7408–7413. DOI: 10.1016/j. apsusc.2009.04.009.
[16] P. Wiecinski, J. Smolik, H. Garbacz, K.J. Kurzydłowski. 2015. “Thermal Stability and Corrosion Resistance of Cr/CrN Multilayer Coatings on Ti6Al4V Alloy”. Solid State Phenomena 237: 47–53. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.237.47.
[17] J. Alqallaf, N. Ali, J.A. Teixeira, A. Addali. 2020. “Solid Particle Erosion Behaviour and Protective Coatings for Gas Turbine Compressor Blades – A Review”. Processes 8(8): 984. DOI: 10.3390/pr8080984.
[18] L. Swadźba, A. Maciejny, B. Formanek, P. Liberski, P. Podolski, B. Mendala, H. Gabriel, A. Poznańska. 1996. “Influence of Coatings Obtained by PVD on the Properties of Aircraft Compressor Blades”. Surface and Coatings Technology 78(1–3): 137–143. DOI: 10.1016/0257-8972(94)02450-2.
[19] B. Grégoire, G. Bonnet, F. Pedraza. 2019. “Development of a New Slurry Coating Design for the Surface Protection of Gas Turbine Components”. Surface and Coatings Technology 374: 521–530. DOI: 10.1016/j. surfcoat.2019.06.020.
[20] M. Toma. 1996. “Slurry Coatings with Low Cr6+ Content: Aluminum Overlay Coatings for Compressor Parts and Aluminide Coatings for Turbine Components”. April 30–May 2, Tulsa.
[21] E.N. Kablov, S.A. Muboyadzhyan. 2017. “Erosion-Resistant Coatings for Gas Turbine Engine Compressor Blades”. Russian Metallurgy (Metally) 6: 494–504. DOI: 10.1134/S0036029517060118.
[22] J. Kacpczyńska-Gołacka, P. Wieciński, H. Garbacz, A. Mazurkiewicz, S. Sowa, J. Smolik. 2019. “The Influence of Microstructure of Cr/CrN Nanomultilayer Coatings on Their Tribological and Mechanical Properties”. Journal of Ma- chine Construction and Maintenance 4(115): 9–16.
[23] A.K. Krella, A. Czyzniewski, A. Gilewicz, G. Gajowiec. 2020. “Experimental Study of the Influence of Deposition of Multilayer CrN/CrCN PVD Coating on Austenitic Steel on Resistance to Cavitation Erosion”. Coatings 10(5): 487. DOI: 10.3390/coatings10050487.
[24] S. Cen, X. Lv, B. Xu, Y. Xu. 2018. “The Effect of Gradient Bias Design on Electro-chemistry and Tribology Behaviors of PVD CrN Film in a Simulative Marine Environment”. Materials 11(9): 1753. DOI: 10.3390/ma11091753.
[25] J.M. Lackner, W. Waldhauser, L. Major, J. Morgiel, M. Kot, B. Bajor. 2006. “Nano-crystalline Cr/CrN and Ti/TiN Multilayer Coatings Produced by Pulsed Laser Deposition at Room Temperature”. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 54(2): 175–180.
[26] J. Smolik, A. Mazurkiewicz, J. Bujak, D. Paćko, Ł. Rogal. 2019. “Analysis of Fatigue Strength of Multi-Layer Coatings Type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/ (Me1Me2N-VN)multinano”. Journal of Machine Construction and Maintenance, 3(114): 31–38.
[27] Di Wang, Songsheng Lin, Yaohua Gong, Qian Shi, Hongzhi Yang, Jing Shi, Wei Wang, Mingjiang Dai, Bailing Jiang, Kesong Zhou. 2020. “Solid Particle Erosion Resistance of Cr-Base Gradient Multilayer Coatings”. Surface and Coatings Technology 402: 126352. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126352.
[28] F.C. Caiazzo, V. Sisti, S.P. Trasatti, S. Trasatti. 2014. “Electrochemical Characterization of Multilayer Cr/CrN-Based Coatings”. Coatings 4(3): 508–526. DOI: 10.3390/coatings4030508.

Zeszyt


OCHRONA PRZED KOROZJĄ- e-zeszyt (pdf) 2023-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	45.00 zł

Prenumerata

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

504.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna	636.00 zł brutto 588.89 zł netto 47.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

678.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	762.00 zł brutto 705.56 zł netto 56.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

762.00 zł

Open Access

Zeszyt

2023-3

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma