RU2021389C1 - Heat-shielding coating production process - Google Patents
Heat-shielding coating production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2021389C1 RU2021389C1 SU4927534A RU2021389C1 RU 2021389 C1 RU2021389 C1 RU 2021389C1 SU 4927534 A SU4927534 A SU 4927534A RU 2021389 C1 RU2021389 C1 RU 2021389C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- coating
- sublayer
- coatings
- resistance
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 claims description 12
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 5
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 2
- 229910018138 Al-Y Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, в частности к способам плазменного напыления теплозащитных покрытий. The invention relates to the field of thermal spray coating, in particular to methods for plasma spraying of thermal protective coatings.
Известны способы нанесения теплозащитных покрытий, включающие плазменное напыление на основу жаростойкого подслоя системы Ме-Сr-Al-Y (где Ме - никель, хром, железо или их сплавы), а затем керамического теплозащитного слоя на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия, магния, кальция. Недостатком этих покрытий является низкая стойкость к термоциклированию керамического слоя покрытия из стабилизированного диоксида циркония. Known methods for applying heat-protective coatings, including plasma spraying the base of the heat-resistant sublayer of the Me-Cr-Al-Y system (where Me is nickel, chromium, iron or their alloys), and then a ceramic heat-protective layer based on zirconia stabilized with yttrium, magnesium oxides calcium. The disadvantage of these coatings is the low resistance to thermal cycling of the ceramic coating layer of stabilized zirconia.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту являются способы нанесения теплозащитных покрытий, включающие нанесение подслоя из сплава хрома, алюминия, иттрия или иттербия с никелем, кобальтом или железом и теплозащитного слоя из частично стабилизированного диоксида циркония. The closest in technical essence and the achieved effect are methods of applying heat-protective coatings, including applying a sublayer of an alloy of chromium, aluminum, yttrium or ytterbium with nickel, cobalt or iron and a heat-protective layer of partially stabilized zirconia.
Частичная стабилизация диоксида циркония обеспечивает фиксацию в нем метастабильной фазы ZrO2, которая значительно увеличивает вязкость разрушения керамики. Недостатком таких покрытий является низкая пластичность материала подслоя, что приводит к отслоению керамического слоя покрытия при термоциклировании.Partial stabilization of zirconium dioxide ensures the fixation of the metastable ZrO 2 phase in it, which significantly increases the fracture toughness of ceramics. The disadvantage of such coatings is the low ductility of the material of the sublayer, which leads to delamination of the ceramic layer of the coating during thermal cycling.
Целью изобретения является повышение стойкости покрытия к термоциклированию. The aim of the invention is to increase the resistance of the coating to thermal cycling.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе материал подслоя дополнительно содержит вводят 5-40 об.% порошка стекла, температура начала размягчения которого ниже рабочей температуры эксплуатации покрытия. This goal is achieved by the fact that in the known method, the material of the sublayer further comprises introducing 5-40 vol.% Glass powder, the softening onset temperature of which is below the operating temperature of the coating.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.
Введение в состав материала подслоя порошка стекла, находящегося в высоковязком состоянии, позволяет увеличить пластичность подслоя в области рабочих температур и тем самым снизить уровень напряжений на границе подслой - слоя керамики, что в свою очередь приводит к увеличению стойкости покрытия к термоциклированию. The introduction of glass powder in a highly viscous state into the sublayer of the material allows one to increase the plasticity of the sublayer in the range of operating temperatures and thereby reduce the stress level at the interface between the sublayer and the ceramic layer, which in turn leads to an increase in the thermal cycling resistance of the coating.
Введение в подслой порошка стекла менее 5 об.% не оказывает достаточного влияния на повышение стойкости покрытий к термоциклированию, а при введении порошка стекла более, чем 40 об.%, заметно снижается прочность материала подслоя, что снижает стойкость покрытий к термоциклированию. The introduction of less than 5 vol.% Glass powder into the sublayer does not have a sufficient effect on increasing the resistance of the coatings to thermal cycling, and when the glass powder is added more than 40 vol.%, The strength of the sublayer material significantly decreases, which reduces the resistance of the coatings to thermal cycling.
Использование стекол, имеющих температуру начала размягчения выше рабочей температуры детали, не позволяет повысить пластичность подслоя и тем самым не оказывает положительного влияния на стойкость покрытий к термоциклированию. The use of glasses having a softening start temperature higher than the working temperature of the part does not allow to increase the ductility of the sublayer and thereby does not have a positive effect on the resistance of coatings to thermal cycling.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.
П р и м е р 1. На торцевую поверхность образцов из сплава ЖС-30 диаметром 20 мм и толщиной 10 мм наносили теплозащитные покрытия. Нанесение покрытий проводили на специализированном комплексе оборудования VPS фирмы "Плазма-Техник АГ" (Швейцария). PRI me
Перед нанесением подслоя образцы подвергали струйно-абразивной обработке карбидом кремния, с последующей очисткой от остатков абразива на ультразвуковой установке в среде этилового спирта. Рабочую камеру предварительно вакуумировали до давления 10-4 Бар, потом заполняли аргоном до давления 2 ˙10-2 Бар, затем проводили ионную очистку и нагрев образцов до 750-890оС.Before applying the sublayer, the samples were subjected to jet-abrasive treatment with silicon carbide, followed by purification from abrasive residues on an ultrasonic unit in ethanol. Working chamber previously evacuated to a pressure of 10 -4 bar, and then filled with argon to a pressure of 2 Bar ˙10 -2, then was ionic cleaning and heating of the samples to 750-890 ° C.
После очистки и нагрева образцов наносили подслой, толщиной 0,1 мм из порошка сплава на основе Со с 10% Ni, 25% Cr, 6% Al, 5% Ta, 0,6% Y и порошка стекла марки СИМАКС состава 80,5% SiO2; 2,5% Al2O3; 12,5% B2O3; 0,5% CaO; 4,0% Na2O с температурой начала размягчения 565оС. Режим нанесения подслоя - ток электрической дуги - 730А, напряжение дуги 65В, давление в камере - 5˙ 10-2 Бар, расход водорода - 10 л/мин, расход аргона - 50 л/мин, расход порошка - 2,0 кг/ч, расход транспортирующего газа (аргон) - 2 л/мин, дистанция напыления - 350 мм.After cleaning and heating the samples, a sub-layer was applied, 0.1 mm thick, from a Co-based alloy powder with 10% Ni, 25% Cr, 6% Al, 5% Ta, 0.6% Y and a SIMAKS glass powder of 80.5 composition % SiO 2 ; 2.5% Al 2 O 3 ; 12.5% B 2 O 3 ; 0.5% CaO; 4,0% Na 2 O with a softening starting temperature of 565 ° C applying the underlayer mode - arcing current - 730A, an arc voltage of 65V, the pressure in the chamber - 5˙ 10 -2 bar, hydrogen flow - 10 l / min, argon flow - 50 l / min, powder flow rate - 2.0 kg / h, conveying gas flow rate (argon) - 2 l / min, spraying distance - 350 mm.
После нанесения подслоя рабочая камера VPS развакуумировалась и проводилось нанесение керамического слоя теплозащитного покрытия толщиной 0,3 мм из порошка частично стабилизированного диоксида циркония состава ZrO2-7% Y2O3 фракцией 5-40 мкм.After applying the sublayer, the VPS working chamber was evacuated and a ceramic layer of a heat-protective coating 0.3 mm thick was applied from a partially stabilized zirconia powder of the composition ZrO 2 -7% Y 2 O 3 with a fraction of 5-40 μm.
Покрытия наносили на 6 групп образцов в каждой. Для получения сравнительных данных параллельно проводили получение покрытий по способу, описанному в прототипе. Coatings were applied to 6 groups of samples in each. To obtain comparative data, coatings were obtained in parallel by the method described in the prototype.
Стойкость покрытий к термоциклированию определяли по количеству термоциклов, которые выдерживали образцы до разрушения слоя керамического покрытия. Термоцикл представлял собой нагрев образца в печи при 1180оС в течение 0,25 ч и последующее охлаждение в воде до комнатной температуры. Разрушение покрытия фиксировали визуально после каждого цикла по выявлению признаков отслоения покрытия или его части.The thermal cycling resistance of coatings was determined by the number of thermal cycles that the samples withstood until the ceramic coating layer was destroyed. Thermal cycle was a sample was heated in an oven at 1180 C. for 0.25 h followed by cooling in water until room temperature. The destruction of the coating was fixed visually after each cycle to identify signs of delamination of the coating or part thereof.
Сравнительные данные испытаний покрытий, полученных по прототипу и предлагаемому изобретению приведены в табл.1. Стойкость покрытий к термоциклированию (количество циклов) определяли как среднее значение по 5 образцам. Comparative test data for coatings obtained by the prototype and the present invention are shown in table 1. The resistance of the coatings to thermal cycling (the number of cycles) was determined as the average value of 5 samples.
П р и м е р 2. Проводили нанесение по режимам, приведенным в примере 1. PRI me
В качестве порошков для нанесения подслоя использовали порошок сплава на основе Ni c 25% Cr, 6%Al, 4%Ta, 0,5%Y и порошок стекла 13, состава 65,5% SiO2, 15,5%Al2O3, 13%Ca, 0,4%Na2O с температурой начала размягчения 725оС.As powders for applying the sublayer, a Ni-based alloy powder was used with 25% Cr, 6% Al, 4% Ta, 0.5% Y, and glass powder 13, 65.5% SiO 2 , 15.5% Al 2 O 3, 13% Ca, 0,4% Na 2 O with a softening starting temperature of 725 ° C.
Для нанесения керамического слоя теплозащитного покрытия использовали порошок частично стабилизированного диоксида циркония состава ZrO2+13% Yb2O3.To apply the ceramic layer of the thermal barrier coating, a partially stabilized zirconia powder of the composition ZrO 2 + 13% Yb 2 O 3 was used .
Сравнительные данные испытаний, полученных по прототипу и предлагаемому способам, приведены в табл.2. Comparative test data obtained by the prototype and the proposed methods are given in table.2.
П р и м е р 3. Проводили нанесение покрытий по режимам, приведенным в примере 1. В качестве порошков для нанесения подслоя использовали порошок сплава на основе железа с 24% Сr, 8%Al, 0,5%Y и порошок стекла "Викор" состава 95% SiO2, 0,4% Al2O3 и 3,6%В2О3 с температурой начала размягчения 1500оС.PRI me
Для нанесения керамического слоя теплозащитного покрытия использовали порошок частично стабилизированного диоксида циркония состава ZrO2+7%Y2O3.To apply the ceramic layer of the thermal barrier coating, a partially stabilized zirconia powder of the composition ZrO 2 + 7% Y 2 O 3 was used .
Сравнительные данные испытаний, полученных по прототипу и предлагаемому изобретению приведены в табл.3. Comparative test data obtained by the prototype and the present invention are shown in table.3.
Как видно из табл.1 и 2 (см. примеры N 3, 4, 5), стойкость покрытий к термоциклированию, нанесенных по предлагаемому изобретению в 1,6-1,8 раза выше, по сравнению с покрытием, полученным по прототипу. Однако при изменение значений режимов способа (см. в табл.1 и 2, примеры N 2 и 6 из табл. 3) за границы, указанные в формуле изобретения, стойкость покрытий к термоциклированию снижается. As can be seen from table 1 and 2 (see
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4927534 RU2021389C1 (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Heat-shielding coating production process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4927534 RU2021389C1 (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Heat-shielding coating production process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021389C1 true RU2021389C1 (en) | 1994-10-15 |
Family
ID=21569778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4927534 RU2021389C1 (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Heat-shielding coating production process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2021389C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2147624C1 (en) * | 1994-10-14 | 2000-04-20 | Сименс АГ | Protective layer for protecting part against corrosion, oxidation, and thermal overloading, and method of preparation thereof |
| US6254938B1 (en) | 1997-04-21 | 2001-07-03 | Ltu, Llc | Spraying method for applying a porous coating to a substrate |
| RU2260071C1 (en) * | 2004-09-30 | 2005-09-10 | Балдаев Лев Христофорович | Method of application of heat-insulating erosion-resistant coat |
| RU2280095C2 (en) * | 2004-10-05 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of deposition of the coating |
-
1991
- 1991-04-18 RU SU4927534 patent/RU2021389C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Патент США N 4055705, кл. B 32B 15/04, 1976. * |
| Патент США N 4248940, кл. B 32B 15/04, 1977. * |
| Патент США N 4535033, кл. C 23C 7/00, 1985. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2147624C1 (en) * | 1994-10-14 | 2000-04-20 | Сименс АГ | Protective layer for protecting part against corrosion, oxidation, and thermal overloading, and method of preparation thereof |
| US6254938B1 (en) | 1997-04-21 | 2001-07-03 | Ltu, Llc | Spraying method for applying a porous coating to a substrate |
| RU2260071C1 (en) * | 2004-09-30 | 2005-09-10 | Балдаев Лев Христофорович | Method of application of heat-insulating erosion-resistant coat |
| RU2280095C2 (en) * | 2004-10-05 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of deposition of the coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69703130T2 (en) | Process for producing a gradient layer with a ceramic cover layer | |
| US4594106A (en) | Spraying materials containing ceramic needle fiber and composite materials spray-coated with such spraying materials | |
| WO2015035542A1 (en) | Surface alloy coating composite material used for high temperature resistant material, coating and preparation method thereof | |
| JP2007084421A (en) | Article equipped with barrier layer and method of forming coating | |
| CN113151768B (en) | Thermal barrier coating for jet engine blade and preparation method thereof | |
| US6090191A (en) | Compound for producing a metal-ceramic coating | |
| JPH0251978B2 (en) | ||
| JPS61207566A (en) | Ceramic thermal spray coating formation method | |
| TW200925323A (en) | Method of forming black yttrium oxide sprayed coating and member provided with black yttrium oxide sprayed coating | |
| CN108264232A (en) | Anti-oxidant, corrosion-resistant, shock proof high-temperature tubring coating and preparation method thereof | |
| RU2021389C1 (en) | Heat-shielding coating production process | |
| SU1505441A3 (en) | Coating composition | |
| EP0007675A1 (en) | Process for applying a protective coating containing silicon to articles made from a superalloy | |
| JP2002121605A (en) | Method for forming coating on refractory structural member and use of the coating | |
| Johner et al. | Thermal barrier coatings for jet engine improvement | |
| JPH055188A (en) | Coating article | |
| DE19807359A1 (en) | Thermal insulation layer system with integrated aluminum oxide layer | |
| SU1749311A1 (en) | Method of producing heat protection coats | |
| JPS61174385A (en) | Ceramic coated heat resistant member and its manufacturing method | |
| JPH0269363A (en) | High alumina castable refractory | |
| JPH0465143B2 (en) | ||
| CN113233878A (en) | Alumina ceramic composite material and preparation method thereof | |
| McPherson | STRUCTURE AND PROPERTIES OF PLASMA SPRAYED ALUMINA COATINGS | |
| JPH01188659A (en) | Formation of thermally sprayed ceramic layer | |
| SU1087491A1 (en) | Batch for making cermet material |