Review of Home-Grown Technologies in the Field of Protection of Carbon-bearing Materials from Gaseous Corrosion and Erosion in Plasma’s High-Speed Flow
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2014-4-50-70
Abstract
This article is continuation of authors’ publication cycle on subject «Multifunctional protective c-e for extra heat-stressed elements of structure of hypersonic systems». There was made analysis of modern domestic approaches to creation of single-ply and multilayer protective coatings of various classes: glass-ceramic, receiving by means of different methods; on the base of oxide ceramics; oxygen-free reaction-bonded; microcomposite syner- getic type. There was paid attention on full absence of applied science investigations, oriented on development of structured and physic-chemical models of coatings’ architecture, substantiation it’s functioning in the conditions of interaction with gas’ high-speed flow. Selection of coatings’ chemical composition and processing technology of its formation is realized basically on empirical base. There was presented a range of coatings, declared as workable in the still or weak perturbed air up to temperature 1600–2000 °C; however, there is not realistic estimate its protective capabilities in the conditions of impact of high entalpic ultra- and hypersonic oxygenated gas flow, owing lack or absence of appropriate data. Especially pinpointed microcomposite coatings of synergetic type Si–TiSi2–MoSi2–B–Y, developed in the frame of original conceptual approach to creation of multilevel sys- tem of heat protection of heat-stressed construction elements from heat-resisting materials of hypersonic motor apparatus and its propulsion plants. Detailed analysis of its r within single constructive wall with protected carbonaceous material allows detect trends and directions of authors’ follow- up study with the aim of development’s improvement.
About the Authors
A. N. AstapovRussian Federation
V. S. Terentieva
Russian Federation
References
1. Астапов А. Н., Терентьева В. С. // Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6, No 1. С. 2.
2. Костиков В. И., Варенков А. Н. Сверхвысокотемпера- турные композиционные материалы. М.: Интермет Инжиниринг, 2003.
3. Щурик А.Г. Искусственные углеродные материалы. Пермь: Изд-во Перм. гос. ун-та, 2009.
4. Терентьева В. С., Лейпунский И. О., Еремина А. И. и др. // Механика композ. материалов и конструкций. 2011. Т. 17, No 1. С. 30.
5. Терентьева В. С. Разработка многофункциональных защитных покрытий и технологии нанесения их на теплонапряженные элементы конструкций ГПВРД и ГЛА: Дис. ... докт. техн. наук. М.: МАИ, 1990.
6. Ковалев В. Л. Гетерогенные каталитические процессы в аэротермодинамике. М.: Физматлит, 2002.
7. Горский В. В., Носатенко П. Я. Математическое моделирование процессов тепло- и массообмена при аэротермохимическом разрушении композиционных теплозащитных материалов на кремнеземной основе / Под ред. П. Я. Носатенко. М.: Науч. мир, 2008.
8. Аппен А. А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. Л.: Химия, 1976.
9. Бобров Г.В., Ильин А.А. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование). М.: Интермет Инжиниринг, 2004.
10. Терентьева В. С., Астапов А. Н., Еремина А. И. // Кор- розия: материалы, защита. 2014. No 1. С. 30.
11. Самсонов Г. В., Эпик А. П. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973.
12. Сазонова М. В., Баньковская И. Б., Горбатова Г. Н., Фи- липович В. Н. // Неорган. материалы. 1995. Т. 31, No 8. С. 1072.
13. Аппен А. А. Химия стекла. Л.: Химия, 1974.
14. Лозино-Лозинский Г. Е. // Сб. докл. XIX Гагаринских научных чтений по космонавтике и авиации (Москва, апр. 1989 г.). М.: Наука, 1990. С. 6.
15. Пат. 2069208 (РФ). Состав для нанесения защитного покрытия на углеродные изделия / Е. А. Антонова, Г. Н. Горбатова, М. В. Сазонова и др. 1996.
16. Кравецкий Г. А., Кузнецов А. В., Костиков В. И., Родионова В. В. // Тр. I Междунар. авиакосм. конф. «Человек–Земля–Космос» (Москва, 28 сент.–2 окт. 1992 г.). М.: Росс. инж. академия, 1995. Т. 5. С. 249.
17. Гордеев А. Н., Якушин М. И. // Сб. докл. XXI Гагарин- ских научных чтений по космонавтике и авиации (Москва, 3–9 апр. 1991 г.). М.: Наука, 1992. С. 60.
18. Кравецкий Г. А., Амбарцумян А. Г., Костиков В. И., Родионова В. В. // Хим. журн. Армении. 2004. Т. 57, No 1–2. С. 50.
19. Жабрев В. А., Сазонова М. В., Афанасьев В. П.
20. и др. // Тр. XVIII совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Тула, 15–17 мая 2001 г.). Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2001. Ч. 2. С. 85.
21. Пат. 2190584 (РФ). Защитное покрытие / С. С. Солнцев, В. А. Розененкова, Н. А. Миронова. 2002.
22. Пат. 2249571 (РФ). Защитное покрытие / С. С. Солнцев, В. Т. Минаков, В. А. Розененкова и др. 2005.
23. Пат. 2266936 (РФ). Способ получения защитного противоокислительного покрытия углерод-углерод- ного композиционного материала / Е. А. Афанасьев, Ю. Ф. Климов, Р. И. Бурикова. 2005.
24. Пат. 2290371 (РФ). Защитное покрытие / В.А. Розененкова, С. С. Солнцев, Е. Н. Каблов и др. 2006.
25. Пат. 2101266 (РФ). Способ получения стеклосилицидных покрытий / А.В. Кузнецов, Г.А. Кравецкий, В. В. Конокотин и др. 1998.
26. Баньковская И. Б., Горбатова Г. Н., Семов М. П. // Неорган. материалы. 2003. Т. 39, No 5. С. 566.
27. Удалов Ю.П., Германский А.М., Жабрев В.А. и др. Технология неорганических порошковых материалов и покрытий функционального назначения: Учеб. пос. для вузов / Под ред. Ю.П. Удалова. СПб.: СПбГТУ (ТИ), 2001.
28. Жабрев В. А., Сазонова М. В., Ефименко Л. П., Плот- никова А. С. // Физика и химия стекла. 2006. Т. 32, No 1. С. 106.
29. Заявка 2008127936/03 (РФ). Состав композиции для по- лучения защитного покрытия / В. А. Жабрев, М. В. Са- зонова, Л. П. Ефименко, А. С. Плотникова. 2010.
30. Сазонова М. В., Ефименко Л. П. // Тр. XXI Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 26–28 апр. 2010 г.). СПб.: Адмирал, 2010. С. 101.
31. Коловертнов Д. В. // Там же. С. 91.
32. Жабрев В. А. Диффузионные процессы в стеклах и
33. стеклообразующих расплавах. СПб.: НИИХ СПбГУ,
34.
35. Жабрев В.А. // Тр. XXI Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург,
36. –28 апр. 2010 г.). СПб.: Адмирал, 2010. С. 24.
37. Баньковская И. Б. // Там же. С. 10.
38. Сазонова М. В., Ефименко Л. П. // XX Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 27–28 нояб. 2007 г.). СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2007. С. 64.
39. Вержбицкая Т. М., Лейпунский И. О., Малкин А. И. // Изв. АН. Энергетика. 1996. No 6. С. 50.
40. Солнцев С. С., Исаева Н. В. // Тр. XVIII совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Тула, 15–17 мая 2001 г.). Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2001. Ч. 2. С. 137.
41. Пат. 2189368 (РФ). Высокотемпературное покрытие / С. С. Солнцев, Н. В. Исаева, Г. В. Ермакова. 2002.
42. Пат. 2232738 (РФ). Высокотемпературное покрытие /
43. С. С. Солнцев, Н. В. Исаева, Г. В. Ермакова, В. И. Максимов. 2004.
44. Пат. 2253638 (РФ). Высокотемпературное покрытие /
45. С. С. Солнцев, Н. В. Исаева, Г. В. Ермакова, В. И. Максимов. 2005.
46. Солнцев С. С. // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные вопросы авиационного материаловедения» (Москва, 26–27 июня 2007 г.). М.: ВИАМ, 2007. С. 86.
47. Молев Г. В., Мирзабекянц Н. С. // Химия тв. топлива. 1998. No 1. С. 89.
48. Кузнецов С. А., Кузнецова С. В., Калинников В. Т. // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. «Научные идеи С. Т. Кишкина и современное материаловедение» (Москва, 25–26 апр. 2006 г.). М.: ВИАМ, 2006. С. 89.
49. Борило Л. П., Миронова Е. Г. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2006. Т. 8, No 2. С. 101.
50. Бабин С. В., Хрипаков Е. В. // Науч. тр. МАТИ. 2006. Вып. 10 (82). С. 15.
51. Бабин С. В., Хрипаков Е. В. // Физика и химия обраб. материалов. 2007. No 3. С. 5.
52. Бабин С. В., Хренов В. В. // Науч.-техн. вестн. Поволжья. 2011. No 3. С. 49.
53. Хренов В. В., Бабин С. В. // Тез. докл. 10-й Междунар. конф.
54. «Авиация и космонавтика – 2011» (Москва, 8–10 нояб. 2011 г.). СПб.: Мастерская печати, 2011. С. 185.
55. Пат. 2120494 (РФ). Способ получения на подложке защитных покрытий с градиентом химического состава и структуры по толщине с внешним керамическим слоем, его вариант / Б. А. Мовчан, Ю. Э. Рудой, И. С. Малашенко. 1998.
56. Андриевская Е.Р. // Тр. XX Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт- Петербург, 27–28 нояб. 2007 г.). СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2007. С. 16.
57. Фролов А. А., Андриевская Е. Р., Корниенко О. А., Фролов Ю. А. // Новые огнеупоры. 2007. No 6. С. 68.
58. Lopato L. M., Andrievskaya E. R. // Powder Metall. and Metal Ceram. 2001. Vol. 40, No 7–8. P. 405.
59. Севастьянов В. Г., Симоненко Е. П., Симоненко Н. П., Кузнецов Н. Т. // Тр. XXI Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт- Петербург, 26–28 апр. 2010 г.). СПб.: Адмирал, 2010. С. 57.
60. Саркисов П. Д., Попович Н. В., Орлова Л. А., Ананьева Ю.Е. // Там же. С. 54.
61. Севастьянов В. Г., Симоненко Е. П., Игнатов Н. А. и др. // Композиты и наноструктуры. 2009. No 1. С. 50.
62. Кузнецов Н. Т., Саркисов П. Д., Рыбин В. В. и др. // Тр. XX Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 27–28 нояб. 2007 г.). СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2007. С. 49.
63. Пат. 2322425 (РФ). Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC / Н. Т. Кузнецов, П. Д. Саркисов, В. В. Рыбин и др. 2008.
64. Будиновский С.А., Мубояджян С.А., Гаямов А.М. //Авиац. пром-сть. 2008. No 4. С. 33.
65. Мубояджян С. А., Будиновский С. А., Гаямов А. М., Смирнов А. А. // Авиац. материалы и технологии. 2012. No 4. С. 3.
66. Шабанова Н. А., Попов В. В., Саркисов П. Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академ-книга, 2006.
67. Шабанова Н. А., Саркисов П. Д. Золь-гель технологии.
68. Нанодисперсный кремнезем. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
69. Костиков В. И., Проценко А. К., Колесников С. А., Кравецкий Г. А. // Авиакосм. техника и технология. 2007. No 1. С. 18.
70. Пат. 2082694 (РФ). Способ получения защитных покрытий на материалах и изделиях с углеродсодержащей основой / В. В. Родионова, Г. А. Кравецкий, Н. М. Шестакова и др. 1997.
71. Пат. 2002722 (РФ). Способ нанесения покрытия на изделия из углерод-углеродного композиционного материала / Е. А. Богачев, А. Н. Тимофеев, М. В. Пост- никова, Ю. П. Зотов. 1993.
72. Змий В. И., Огиенко Д. Н., Полтавцев Н. С. // Порошк. металлургия. 1996. No 3/4 (384). С. 47.
73. Змий В. И., Карцев Н. Ф., Ковтун Н. В., Руденький С.Г. // Тр. XVIII совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Тула, 15–17 мая 2001 г.). Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2001. Ч. 2. С. 72.
74. Змий В.И., Картмазов Г.Н., Карцев Н.Ф. и др. // Порошк. металлургия. 2006. No 3/4 (448). С. 21.
75. Змий В. И., Руденький С. Г., Карцев Н. Ф., Бредихин М.Ю. // Тр. XX Всеросс. совещ. по температуро- устойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 27–28 нояб. 2007 г.). СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2007. С. 40.
76. Змий В. И., Руденький С. Г., Карцев Н. Ф., Бредихин М. Ю. // Вiсник УМТ. 2009. No 1 (2). С. 36.
77. Кузнецова С. В., Глаголевская А. Л., Кузнецов С. А. // Расплавы. 1992. Т. 6. С. 29.
78. Кузнецов С. А., Кузнецова С. В., Глаголевская А. Л. // Журн. прикл. химии. 1995. Т. 68. С. 408.
79. Кузнецов С. А., Девяткин С. В., Кузнецова С. В., Калинников В.Т. // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. «Научные идеи С.Т. Кишкина и современное материаловедение» (Москва, 25–26 апр. 2006 г.). М.: ВИАМ, 2006. С. 322.
80. Кузнецов С.А. // Тр. XXI Всеросс. совещ. по температу- роустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 26–28 апр. 2010 г.). СПб.: Адмирал, 2010. С. 36.
81. Кузнецов С. А. // Тез. докл. Междунар. конф. «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии», посвященной 110-летию со дня рождения чл.-кор. АН СССР проф. Г. В. Акимова (Москва, 18–20 мая 2011 г.). С. 100.
82. Семченко Г. Д., Шутеева И. Ю., Кущенко М. А. // Тр. XX Всеросс. совещ. по температуроустойчивым функц. покрытиям (Санкт-Петербург, 27–28 нояб. 2007 г.). СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2007. С. 66.
83. Пат. 2154122 (РФ). Композиционный жаростойкий и жаропрочный материал / Б. А. Гнесин, Б. М. Эпельба- ум, П. А. Гуржиянц. 2000.
84. Пат. 2160790 (РФ). Композиционный жаропрочный и жаростойкий материал / Б. А. Гнесин, П. А. Гуржиянц. 2000.
85. Пат. 2178958 (РФ). Жаростойкий материал / Б. А. Гнесин, П. А. Гуржиянц. 2002.
86. Гнесин Б. А., Гнесин И. Б. // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные вопросы авиационного материаловедения» (Москва, 26–27 июня 2007 г.). М.: ВИАМ, 2007. С. 93.
87. Терентьева В.С.//Жаропрочные и жаростойкие металлические материалы: физико-химические процессы создания. М.: Наука, 1987. С. 106.
88. Терентьева В. С. // Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов: Матер. сем. М.: МДНТП, 1990. С. 38.
89. Пат. 2082824 (РФ). Способ защиты жаропрочных материалов от воздействия агрессивных сред высокоскоростных газовых потоков (варианты) / В.С. Терентьева, О. П. Богачкова, Е. В. Горячева. 1997.
90. Pat. 703883 B1 (EPO). Method for protecting products made of a refractory material against oxidation, and resulting protected products / V.S. Terentieva, O. P. Bogachkova, E. V. Goriatcheva. 1996.
91. Pat. 5677060 (US). Method for protecting products made of a refractory material against oxidation, and resulting protected products / V. S. Terentieva, O. P. Bogachkova, E. V. Goriatcheva. 1997.
92. Пат. 2437961 (РФ). Способ восстановления высокотемпературного кремнийсодержащего защитного покрытия на жаропрочных конструкционных материалах / В. С. Терентьева, А. И. Еремина, Б. Е. Жестков, А. Н. Астапов. 2011.
93. Terentieva V. S., Bogachkova O. P., Cornu D., Laramas C. // Proc. 14-th Intern. Plansee Sem. (Reutte, Tirol, Austria, 12–16 May 1997). Plansee AG, 1997. Vol. 1. P. 697.
94. Terentieva V. S. // Proc. 16-th Intern. Plansee Sem. «High Performance P/M Materials» (Reutte, Austria, 30 May– 3 June 2005). Plansee AG, 2005. Vol. 2. P. 218.
95. Terentieva V. S., Zhestkov B. E. // Proc. 17-th Plansee Sem. Intern. Conf. on High Performance P/M Materials (Reutte, Austria, 25–29 May 2009). Plansee Group, 2009. Vol. 1. P. RM 14/1.
96. Терентьева В. С., Жестков Б. Е. // Хим. физика. 2009. Т. 28, No 5. С. 64.
97. Жестков Б. Е., Терентьева В. С. // Металлы. 2010. No 1. С. 39.
98. Астапов А. Н., Терентьева В. С. // Завод. лаб. Диагностика материалов. 2010. Т. 76, No 7. С. 24.
99. Terentieva V. S., Kasatkin A.V., Eremina A. I., Astapov A. N. // Europ. Corrosion Congr. «EUROCORR 2010» (Moscow, 13–17 Sept. 2010). М.: МАКС Пресс, 2010. С. 456.
100. Терентьева В. С., Астапов А. Н., Жестков Б. Е., Еремина А. И. // Матер. Всеросс. науч.-техн. конф. «Новые материалы и технологии – НМТ-2010» (Москва, 16–18 нояб. 2010 г.). М: Изд. центр МАТИ, 2010. Т. 1. С. 75.
101. Astapov A. N., Terentieva V. S. // Russian-French Symp. on Composite Materials (Saint Petersburg, 10–13 July 2012). СПб.: СПбГУ, 2012. С. 46.
102. Терентьева В. С., Астапов А. Н. // Тез. докл. IV Междунар. конф. «HighMatTech-2013» (Киев, 7–11 окт. 2013 г.). Киев: Наук. видання, 2013. С. 329.
103. 
Review
For citations:
Astapov A.N., Terentieva V.S. Review of Home-Grown Technologies in the Field of Protection of Carbon-bearing Materials from Gaseous Corrosion and Erosion in Plasma’s High-Speed Flow. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2014;(4):50-70. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2014-4-50-70