Защитные покрытия в авиадвигателестроении

Т. А. ИЛЬИНКОВА, С. Л. БАЛДАЕВ  
 
 
 
 
 
 
ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ  
В АВИАДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИИ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2025 

УДК 621.431.75 
ББК  39.55 
  И46 
 
Рецензенты:  
д-р техн. наук В. А. Иванова 
(Ярославский государственный технический университет); 
канд. техн. наук С. А. Маньковский 
(ООО «НПО «Защитные покрытия») 
 
 
 
 
 
 
Ильинкова, Т. А. 
И46   Защитные покрытия в авиадвигателестроении : учебное 
пособие / Т. А. Ильинкова, С. Л. Балдаев. – Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2025. – 160 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2202-4 
 
Рассмотрены материалы деталей различных узлов газотурбинных 
двигателей авиационного назначения и процессы, негативно воздействующие на них при эксплуатации; описаны технологические особенности 
процессов нанесения защитных покрытий, а также материалы для их создания. Излагаются теоретические вопросы формирования газотермических, вакуумно-конденсационных, диффузионных покрытий. Рассмотрены методы контроля качества порошковых материалов и покрытий, а 
также методы их исследования.  
Для обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 
13.03.03 «Энергетическое машиностроение», 15.03.01 «Машиностроение», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 24.03.04 
«Авиастроение», 24.03.05 «Двигатели летательных аппаратов».  
 
УДК 621.431.75 
ББК 39.55 
 
 
ISBN 978-5-9729-2202-4 © Ильинкова Т. А., Балдаев С. Л., 2025 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Надежность и долговечность деталей газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения определяются 
конструкционной прочностью материалов, из которых они выполнены. Эксплуатационные характеристики многих деталей 
компрессора, камеры сгорания, турбины: износостойкость, жаро- и коррозионная стойкость, отражательная способность, теплосопротивление, сопротивление усталости, ползучести и другие – определяются свойствами поверхности. Для получения 
высоких характеристик конструкционной прочности поверхностных слоев часто применяют различные методы нанесения 
покрытий, позволяющие защитить материал основы от внешних 
воздействий, повысить срок службы деталей и сократить расходы на ремонт изношенного оборудования. Около 75 % деталей 
авиационных двигателей, а также газотурбинных двигателей 
наземного применения имеют металлические или керамические 
покрытия для защиты от коррозии, износа и высокотемпературного окисления, а также для специальных целей, например 
уплотнения. 
Материаловедение покрытий представляет собой большой 
раздел знаний об особом классе функциональных материалов, 
который по принципу взаимодействия с поверхностью можно 
условно разделить на два вида: 
1) изменение химического состава поверхности (химикотермическая обработка); 
2) нанесение нового материала на поверхность детали (напыление, осаждение, наплавка, нанесение эмалей и лакокрасок). 
Если формирование диффузионных (внутренних) покрытий при химико-термической обработке подчиняется общим 
представлениям о структурных и фазовых превращениях в металлах и сплавах, то многофакторность процессов нанесения 
внешних напыляемых покрытий приводит к более сложной картине строения и свойств поверхности.  
В настоящее время материаловедение покрытий является 
одним из развивающихся направлений науки о материалах. 
 

Раздел 1. 
МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ 
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
 
Газотурбинные двигатели (ГТД), широко используемые в 
авиации, можно разделить на следующие группы: турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД) и промежуточные турбореактивные двухконтурные (ДТРД). 
В настоящее время ТРД имеют вполне установившиеся 
элементы (рис. 1): входное устройство; компрессор; камеру сгорания; силовой корпус, связывающий турбину и компрессор; 
турбину; систему выхлопа; корпус приводов агрегатов; топливную, масляную и другие системы и агрегаты. 
 
 
 
Рис. 1. Схема турбореактивного двухконтурного  
двигателя 
 
Компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло в ГТД располагают так, чтобы получить промежуточный 
тракт, при котором имеют место малые гидравлические потери. 
Газовые турбины для двигателей большой тяги применяются 
исключительно осевого типа. 
К основным параметрам, характеризующим качественные 
технические показатели и степень совершенства ГТД, относятся: 
тяга, удельная масса двигателя, габаритные размеры, удельный 
расход топлива, ресурс и др. Авиационные двигатели работают в 
тяжелых условиях при эксплуатации в различных климатических 
зонах. Основные требования к материалам, используемым для 

изготовления деталей ГТД: высокая удельная прочность, жаропрочность и жаростойкость, сопротивление коррозии, стабильность и воспроизводимость механических свойств, хорошая обрабатываемость современными методами заготовительного производства, размерной обработки, сварки и т. д. 
Выбор материала для конкретных деталей узлов ГТД 
определяется, в первую очередь, температурой нагрева и силовым воздействием на детали двигателя при эксплуатации. 
Поэтому при температуре менее 200 °С используются 
магниевые сплавы, при температуре около 250 °С – листовой 
дуралюмин; при температуре до 500 °С – коррозионностойкая 
сталь, титановые сплавы, при температуре выше 1000 °С – жаропрочные хромоникелевые сплавы. Некоторые материалы, 
применяемые в производстве авиационных ГТД, представлены в 
табл. 1. 
 
Таблица 1 
Узел и требования к нему 
Материалы для изготовления 
деталей узла (примеры) 
1 
2 
Вентилятор (винт) 
Вентилятор: 
– диапазон рабочих температур 
40...40 °С; 
– высокая прочность, малый вес; 
– безопасность при разрушении  
вентилятора, сопротивление  
воздействию ударов (столкновения  
с птицами и пр.) 
Полимерные композиционные 
материалы или титановые  
сплавы.  
Предпочтительна слоистая 
структура материала 
Детали вентилятора: 
– диапазон рабочих температур 
200...300 °С; 
– высокие аэродинамические  
качества (всасывающее действие), 
компактность 
Сплавы на никелевой основе, 
титановые сплавы, 
полимерные композиционные 
материалы 
 

Продолжение таблицы 1 
1 
2 
Компрессор 
Статорные и роторные лопатки: 
– диапазон рабочих температур 
400...650 °С; 
– усталостная прочность,  
сопротивление эрозии 
Титановые сплавы (ВТ-20, ВТ-9); 
Стали (1Х12Н9, Х15Н5Д2Т, 
1Х17Н2, Х15Н5Д2Т); 
сплавы на никелевой основе  
(ЭП-517, ЭП-718ИД, ЖС6УВИ) 
Диски: 
– диапазон рабочих температур  
> 400 °С; 
– высокая прочность; 
– сопротивление центробежным 
нагрузкам; 
– сопротивление усталости 
Титановые сплавы 
(ВТ-9, ВТ-20) 
Камера сгорания 
Жаровые трубы: 
– рабочая температура около 1550 °С; 
– сопротивление термическим  
ударам; 
– сопротивление окислению  
и газовой коррозии 
Сплавы на никелевой основе 
(ЭИ-437Б, ЭИ-437Б-ВД, 
ЭИ437БУВД, ЭИ-435, ЭИ-607)  
с жаростойкими эмалями,  
теплозащитными покрытиями  
и облицовкой керамикой. 
В перспективе керамокомпозиты 
Турбина 
Диапазон рабочих температур  
550...1095 °С, 
прочность при центробежных  
и осевых нагрузках, жаропрочность, 
сопротивление ползучести,  
жаростойкость, сопротивление  
термическим ударам 
Диски – сплавы на никелевой 
основе (ХН77ТЮРУ-ВД, 
(ЭИ437БУВД); ХН80ТБЮ  
(ЭИ-607); ХН62БМКТЮ-ПД). 
Лопатки – сплавы на никелевой 
основе: поликристаллические,  
с направленной кристаллизацией, 
монокристаллические 
(ЖС-3, ЖС6-К, ЖС6У-ВИ, 
ЖС6Ф-ВИ, ЖС-40, 
ЖС-30ВИ, ЖС-32)  
и жаростойкими  
и теплозащитными покрытиями 

Окончание таблицы 1 
1 
2 
Валы 
Диапазон рабочих температур  
50...850 °С, 
высокая прочность и жаропрочность 
Высокопрочные стали 
(15Х12Н2МВДАБ-Ш);  
сплавы на никелевой  
и железоникелевой основах 
Сопло 
Диапазон рабочих температур  
650...1300 °С, 
жаростойкость, сопротивление  
эрозионному воздействию газового 
потока 
Сплавы на никелевой основе  
с жаростойкими  
и теплозащитными покрытиями, 
титановые сплавы,  
керамокомпозиты 
 
Остановимся коротко на основных свойствах групп материалов, применяемых в основном производстве ГТД. 
– Стали – наиболее изученные и широко применяемые 
конструкционные материалы современного машиностроения. В 
ГТД они используются для изготовления валов, зубчатых колес 
и деталей агрегатов, а также кольцевых деталей корпусов компрессора и турбины. В авиационном двигателестроении в основном используются легированные стали с ıв > 900 МПа. Широкое применение получили стали, упрочняемые термической и 
химико-термической обработкой. Основные группы сталей, используемых в производстве ГТД, приведены в табл. 2. 
– Титановые сплавы – важнейшие конструкционные материалы, широко применяемые в авиационной и космической 
технике, судостроении, химической промышленности и других 
отраслях. По разработке и производству титановых сплавов 
Россия занимает лидирующее место в мире. Титановые сплавы 
характеризуются высокой прочностью и вязкостью при низком 
удельном весе (4,51 г/см3), коррозионной стойкостью в большинстве самых агрессивных сред (азотная и серная кислота, 
царская водка, сероводород, морская вода, влажная морская атмосфера и др.). Кроме того, они сравнительно хорошо поддаются традиционным способам литья, сварки, механической обработки. Недостатки титановых сплавов: 

Таблица 2 
Марки сталей 
Термическая  
обработка 
Механические  
свойства 
Максимальная  
рабочая  
температура, °С 
Назначение,  
технологические свойства 
1 
2 
3 
4 
5 
Среднелегированные хромоникелевые стали* 
12ХНЗА, 12Х2Н4А, 
18Х2Н4ВА, 
16ХЗНВФМБ, 
12Х2НВФА и др. 
Цементация 
900–950 °С, 
закалка в масло, 
обработка холодом 
при –70 °С, 
низкий отпуск  
при 150–350 °С 
ıв = 950–1100 МПа, 
ı0,2 = 700–900 МПа, 
į = 12–15 %, 
KCU = 0,7–1,2 МДж/м2 
– 
Изготовление шестерен, 
валов, цапф, муфт, рессор, 
осей и др. 
Коррозионностойкие стали аустенитного класса 
12Х18Н9,  
12Х18Н10Т, 
12Х17Г9АН4 
Закалка в воду 
с 1050–1100 °С 
ıв = 650–700 МПа, 
ı0,2 = 280–390 МПа, 
į = 45–69 %,  
KCU = 1,3–3,0 МДж/м2 
350  
800  
400 
В качестве листовых  
материалов, деталей  
крепежа и др. 
 
 
 
 

Продолжение таблицы 2 
1 
2 
3 
4 
5 
Коррозионностойкие стали аустенитно-мартенситного класса 
08Х17Н5МЗ, 
1Х15Н4АМЗ 
Закалка на воздухе 
с 950 °С 
и обработка  
холодом –70 °С 2 ч 
ıв = 1200–1500 МПа, 
ı0,2 = 850–1100 МПа, 
į = 12–15 %, 
KCU = 0,1–0,5 МДж/м2 
450–500 
Для изготовления  
сварных узлов в качестве 
листовых материалов, 
обшивки и др. 
Коррозионностойкие мартенситно-стареющие стали 
Х15Н5Д2Т, 
06Х14Н6Д2МБТ 
Закалка с 950 °С 
и старение 
при 450 °С 1 ч 
ıв = 1250–1400 МПа, 
ı0,2 = 1100–1250 МПа, 
į = 9–11 %, 
KCU = 0,9–1,0 МДж/м2 
300 
Для изготовления  
сварных узлов силовых 
деталей конструкции  
самолета и двигателя  
топливных баков и др. 
Подшипниковые стали 
ШХ15, ШХ15СГ 
8Х4В8Ф2 
Закалка в масло  
с 840 °С, 
отпуск 160–170 °С 
 
Закалка в масло  
с 1230 °С, 
отпуск 560 °С 
HRC = 60...65 
 
 
 
HRC = 60...65 
170 
 
 
 
50 
Крупногабаритные 
нагруженные  
подшипники, работающие 
при температурах  
до 450 °С,  
изготавливаются  
из стали 8Х4В8Ф2 

Окончание таблицы 2 
1 
2 
3 
4 
5 
Жаропрочные стали мартенситного класса 
13Х11Н2В2МФ, 
15Х12Н2М2ВФ АБ, 
14Х16Н2М2К5Ф АБ 
Закалка в масло  
с 1010–1130 °С 
и отпуск  
600–690 °С 
ıв = 1000–1150 МПа, 
ı0,2 = 850–1050 МПа, 
į = 11–12 %, 
KCU = 0,6–1,0 МДж/м2 
600 °С 
Для изготовления  
нагруженных деталей 
авиационных двигателей: 
лопаток, дисков, валов 
компрессоров, болтов, 
осей шпилек и др. 
 
Примечание. *Детали из этих сталей обычно упрочняются цементацией или азотированием.