[go: up one dir, main page]

RU2260071C1 - Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия - Google Patents

Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия Download PDF

Info

Publication number
RU2260071C1
RU2260071C1 RU2004128749/02A RU2004128749A RU2260071C1 RU 2260071 C1 RU2260071 C1 RU 2260071C1 RU 2004128749/02 A RU2004128749/02 A RU 2004128749/02A RU 2004128749 A RU2004128749 A RU 2004128749A RU 2260071 C1 RU2260071 C1 RU 2260071C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
spraying
ceramic
porosity
heat
Prior art date
Application number
RU2004128749/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Л.Х. Балдаев (RU)
Л.Х. Балдаев
В.А. Лупанов (RU)
В.А. Лупанов
Н.Г. Шестеркин (RU)
Н.Г. Шестеркин
А.П. Шатов (RU)
А.П. Шатов
Г.И. Зубарев (RU)
Г.И. Зубарев
М.М. Гойхенберг (RU)
М.М. Гойхенберг
Original Assignee
Балдаев Лев Христофорович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Балдаев Лев Христофорович filed Critical Балдаев Лев Христофорович
Priority to RU2004128749/02A priority Critical patent/RU2260071C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2260071C1 publication Critical patent/RU2260071C1/ru

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, в частности к способам напыления жаростойких и теплозащитных покрытий, и может быть использовано для защиты деталей, работающих в условиях повышенных температур, эрозии и агрессивных сред, преимущественно для защиты авиационных элементов турбомашин и газотурбинных двигателей (ГТД). Предложенный способ включает плазменное напыление на поверхность изделия металлического подслоя из сплава на никелевой основе и последующее нанесение керамического покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, путем послойного плазменного напыления. Послойное напыление керамического покрытия осуществляют таким образом, что последующий слой напыляют из порошков с фракцией, меньшей, чем в предыдущем слое, и формируют керамическое покрытие с пористостью, уменьшающейся по поперечному сечению к верхнему слою, который формируют с пористостью < 1%. Техническим результатом изобретения является повышение термо-усталостной прочности и эрозионной стойкости керамических покрытий из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. 4 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, в частности к способам напыления жаростойких и теплозащитных покрытий, и может быть использовано для защиты деталей, работающих в условиях повышенных температур, эрозии и агрессивных сред, преимущественно для защиты авиационных элементов турбомашин и газотурбинных двигателей (ГТД).
Повышение ресурса работы защищаемых деталей в условиях высоких температур и агрессивной окружающей среды в значительной степени решается за счет нанесения керамических покрытий, обладающих жаростойкостью и коррозионной стойкостью и являющихся термическим барьером для теплового излучения. Для этой цели наиболее широко применяются керамические покрытия на основе диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного добавками оксида иттрия (Y2О3).
Известен способ плазменного напыления керамического покрытия, включающий напыление металлического подслоя из сплава Ni(Co, Fe)CrAlY и последующее напыление керамического покрытия из порошка на основе ZrO2, частично стабилизированного Y2О3 [1].
Недостатком известного способа являются высокие остаточные напряжения в покрытиях, возникающие из-за различного термического расширения металлических и керамических слоев, сохраняющаяся при газотермическом напылении пористость керамического слоя, что приводит к проникновению в глубь покрытия агрессивных газов и его растрескиванию при эксплуатации.
Известен способ осаждения термобарьерного покрытия, включающий осаждение металлического слоя из сплава MCrAlY на подготовленную шероховатую поверхность, толщиной 0,003-0,006 дюймов, и осаждение на него пористого керамического материала, содержащего 10-15% от объема пор оксида церия-иттрия, стабилизирующего ZrO2 [2].
Полученное покрытие содержит пористый керамический слой, что в процессе работы при высоких температурах в условиях агрессивных сред приводит к проникновению их в покрытие и его эрозии и коррозии.
Для устранения пористости поверхностного слоя керамики применяют методы его упрочнения: лазерное оплавление, вибролегирование, термоупрочнение и т.д.
Наиболее близким к предложенному является способ изготовления детали газотурбинного двигателя, включающий плазменное напыление на деталь металлического подслоя из сплава на никелевой основе, легированного кобальтом, хромом, алюминием, иттрием, толщиной 100-250 мкм и последующее нанесение трехслойного керамического покрытия из порошка на основе ZrO2, стабилизированного Y2О3, при этом первый слой наносили при дозировке порошка ZrO2, позволяющей полностью его проплавить, второй слой наносили при дозировке ZrO2, позволяющей получить пористость 5-16%, после чего поверхность обрабатывали виброшлифованием. В результате этого формировался третий слой путем термоупрочнения поверхности второго слоя. Термоупрочнение проводили плазменным электронно-лучевым или лазерным методом. Создание трехслойного керамического покрытия, имеющего первый и третий слои с плотной беспористой структурой, а второй слой с пористостью 5-16%, позволяет повысить стойкость покрытия и обеспечивает способность его работы в агрессивных средах при повышенных температурах (более 1000°С) [3].
Однако проплавление первого керамического слоя, повышая сопротивление коррозии, снижает теплозащитные свойства покрытия, уменьшает адгезию нанесенного второго слоя и прочность покрытия, в результате чего возникают сколы керамического слоя при напылении и эксплуатации.
Кроме того, при оплавлении поверхности керамического слоя лазерным методом, виброшлифованием, термоурочнением возникает неравномерность покрытия по его толщине, что также приводит к снижению его теплозащитных свойств и эрозионной стойкости.
Задачей изобретения является создание способа нанесения покрытия, позволяющего получать покрытия, обладающие высокими теплозащитными свойствами и эрозионной стойкостью при работе в условиях высоких температур и агрессивных сред.
Техническим результатом изобретения является повышение термоусталостной прочности и эрозионной стойкости керамических покрытий из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.
Технический результат достигается тем, что в способе получения теплозащитного покрытия, включающем плазменное напыление на поверхность изделия металлического подслоя из сплава на никелевой основе и последующее нанесение керамического покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, путем послойного плазменного напыления, при этом послойное напыление керамического покрытия осуществляют таким образом, что последующий слой наносят из порошков с фракцией, меньшей, чем предыдущий, и формируют пористость керамического покрытия, уменьшающуюся по поперечному сечению к верхнему слою, который формируют с пористостью <1%.
Желательно, чтобы пористость керамического слоя, нанесенного на подслой, составляла 15-18%, верхний слой керамического покрытия наносили толщиной 10-15 мкм, каждый из предыдущих слоев - толщиной 35-40 мкм, а металлический подслой - толщиной 60-80 мкм.
Предпочтительно, чтобы верхний керамический слой напыляли из порошка фракции 5-20 мкм, а предшествующий ему слой - из порошка фракции 20-60 мкм.
Сущность изобретения заключается в следующем. Нанесенный плазменным методом в атмосфере керамический слой имеет развитую поверхность с относительным объемом пор от 9 до 20%.
С увеличением пористости увеличиваются теплозащитные свойства покрытия, в частности термостойкость, улучшается сопротивляемость растрескиванию, но ухудшаются коррозионные свойства, уменьшается адгезия, что приводит к снижению эрозионных свойств.
Послойное нанесение керамического покрытия из порошков с более мелкой фракцией позволяет создать в поперечном сечении постепенное уменьшение пористости покрытия, формируя верхний слой с очень низкой пористостью, меньшей 1%.
Создание покрытия указанным способом позволяет с одной стороны сохранить пористость, влияющую на его теплостойкость, с другой стороны увеличить адгезию за счет прочного сцепления частиц каждого последующего слоя с предыдущим и повысить, таким образом, эрозионную стойкость.
Способ поясняется следующим примером.
Покрытие наносили на рабочие лопатки ГТД, изготовленные из жаропрочного сплава на основе никеля типа ЖС, плазменным напылением на установке ТСЗП - MF - Р - 1000.
Сначала напыляли на поверхность детали подслой из композиционного порошка NiCoCrAlSiY при следующих режимах: напряжение - 70 В, ток - 500 А, дистанция напыления - 120 мм, плазмообразующий газ аргон - 50 л/мин, водород - 8 л/мин.
Напыление проводили до образования металлического подслоя толщиной 60 мкм.
Затем наносили слои керамического покрытия напылением смеси порошков ZrO2 и Y2О3 при напряжении 80 B, токе 550 А, дистанции напыления 110 мм в потоке аргона и водорода.
Первый слой напыляли до толщины 35-40 мкм из порошка фракции - с формированием пористости 15-18%, второй слой напыляли толщиной 35-40 мкм из порошка фракции 20-60 мкм с формированием пористости 8-10%, третий слой напыляли толщиной 10-15 мкм из порошка фракции 5-20 мкм с формированием пористости <1%.
Испытания покрытий проводилось на рабочих турбинных лопатках, установленных на технологической машине. Режим испытаний: Т=1450°С, среда - продукты сгорания керосина, время испытаний - 100 часов.
Испытания на термостойкость покрытий проводили на специальных образцах на режиме: Т=950-1000°С, с охлаждением на воздухе, кол-во циклов - 400 циклов.
Во всех случаях испытаний (на технологической машине и на образцах на термостойкость) покрытие, полученное по предлагаемому способу, превосходит по указанным характеристикам покрытия, полученные ранее известными способами.
Источники информации
1. Патент 2021388(RU) 5 C 23 C 4/00. Способ плазменного напыления керамического покрытия./ Верстак А.А., Соболевский С.Б., Пащенко Н.В.// Дата публ. формулы изобретения, 15.10.94.
2. Патент US5384200 Classif. Internat. - B 22 F 7/00, european - C 23 C 4/02. Thermal barrier coating and method of depositing the same jn cjmbustion chamber component surfaces./Giles David, Begin Roger, Dugger David, Paskvan Eric// Applicftion number US 19940228929, 199440418.
3. Патент 2116377 (RU) 6 C 23 C 14/06, С 23 С 14/48, С 23 С 4/04. Деталь газотурбинного двигателя и способ ее изготовления./ Шамарина Г.Г./ Дата публ. формулы изобретения. 27.07.98.

Claims (5)

1. Способ получения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия, включающий плазменное напыление на поверхность изделия металлического подслоя из сплава на никелевой основе и последующее нанесение керамического покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, путем послойного плазменного напыления, отличающийся тем, что послойное напыление керамического покрытия осуществляют таким образом, что последующий слой напыляют из порошков с фракцией, меньшей, чем в предыдущем слое, и формируют керамическое покрытие с пористостью, уменьшающейся по поперечному сечению к верхнему слою, который формируют с пористостью < 1%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлический подслой напыляют толщиной 60-80 мкм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что керамический слой, нанесенный на металлический подслой, формируют с пористостью, составляющей 15-18%.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний слой керамического покрытия напыляют толщиной 10-15 мкм, а каждый из предыдущих слоев - толщиной 35-40 мкм.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что верхний слой керамического покрытия напыляют из порошка фракции 5-20 мкм, а предшествующий ему слой - из порошка фракции 20-60 мкм.
RU2004128749/02A 2004-09-30 2004-09-30 Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия RU2260071C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004128749/02A RU2260071C1 (ru) 2004-09-30 2004-09-30 Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004128749/02A RU2260071C1 (ru) 2004-09-30 2004-09-30 Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2260071C1 true RU2260071C1 (ru) 2005-09-10

Family

ID=35847855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004128749/02A RU2260071C1 (ru) 2004-09-30 2004-09-30 Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260071C1 (ru)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2366744C1 (ru) * 2008-01-09 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Восстановление" Способ упрочнения печного ролика с газотермическим покрытием
RU2413791C2 (ru) * 2006-05-30 2011-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Применение для покрытия керамического материала со структурой вольфрамовой бронзы и деталь турбины с создающим термический барьер покрытием
RU2453627C2 (ru) * 2006-02-20 2012-06-20 Снекма Сервис Способ нанесения теплового барьерного покрытия плазменной горелкой
RU2464351C2 (ru) * 2007-03-30 2012-10-20 Снекма Теплобарьерное покрытие на основе диоксида циркония, наносимое непосредственно на монокристаллические жаропрочные сплавы на основе никеля
RU2526337C2 (ru) * 2009-02-10 2014-08-20 Снекма Способ изготовления термического барьера, покрывающего металлическую подложку из жаропрочного сплава, и термомеханическая деталь, полученная этим способом изготовления
WO2014163785A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-09 Fm Industries, Inc. Heated electrostatic chuck and semiconductor wafer heater and methods for manufacturing same
RU2680561C2 (ru) * 2016-07-28 2019-02-22 Общество С Ограниченной Ответственностью "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Ооо "Тсзп") Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий
RU2689588C2 (ru) * 2017-08-21 2019-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Способ получения толстослойного керамического теплозащитного покрытия на металлической подложке
RU2728068C1 (ru) * 2019-09-24 2020-07-28 Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" Способ получения толстостенных керамических жаропрочных, теплозащитных и эрозионностойких покрытий

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2021389C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ получения теплозащитного покрытия
RU2021388C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ плазменного напыления керамического покрытия
US5384200A (en) * 1991-12-24 1995-01-24 Detroit Diesel Corporation Thermal barrier coating and method of depositing the same on combustion chamber component surfaces
RU2116377C1 (ru) * 1996-06-25 1998-07-27 Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" Деталь газотурбинного двигателя и способ ее изготовления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2021389C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ получения теплозащитного покрытия
RU2021388C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ плазменного напыления керамического покрытия
US5384200A (en) * 1991-12-24 1995-01-24 Detroit Diesel Corporation Thermal barrier coating and method of depositing the same on combustion chamber component surfaces
RU2116377C1 (ru) * 1996-06-25 1998-07-27 Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" Деталь газотурбинного двигателя и способ ее изготовления

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453627C2 (ru) * 2006-02-20 2012-06-20 Снекма Сервис Способ нанесения теплового барьерного покрытия плазменной горелкой
RU2413791C2 (ru) * 2006-05-30 2011-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Применение для покрытия керамического материала со структурой вольфрамовой бронзы и деталь турбины с создающим термический барьер покрытием
US8420238B2 (en) 2006-05-30 2013-04-16 Siemens Aktiengesellschaft Use of a tungsten bronze structured material and turbine component with a thermal barrier coating
RU2464351C2 (ru) * 2007-03-30 2012-10-20 Снекма Теплобарьерное покрытие на основе диоксида циркония, наносимое непосредственно на монокристаллические жаропрочные сплавы на основе никеля
RU2366744C1 (ru) * 2008-01-09 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Восстановление" Способ упрочнения печного ролика с газотермическим покрытием
RU2526337C2 (ru) * 2009-02-10 2014-08-20 Снекма Способ изготовления термического барьера, покрывающего металлическую подложку из жаропрочного сплава, и термомеханическая деталь, полученная этим способом изготовления
WO2014163785A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-09 Fm Industries, Inc. Heated electrostatic chuck and semiconductor wafer heater and methods for manufacturing same
US9543183B2 (en) 2013-04-01 2017-01-10 Fm Industries, Inc. Heated electrostatic chuck and semiconductor wafer heater and methods for manufacturing same
RU2680561C2 (ru) * 2016-07-28 2019-02-22 Общество С Ограниченной Ответственностью "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Ооо "Тсзп") Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий
RU2689588C2 (ru) * 2017-08-21 2019-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Способ получения толстослойного керамического теплозащитного покрытия на металлической подложке
RU2728068C1 (ru) * 2019-09-24 2020-07-28 Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" Способ получения толстостенных керамических жаропрочных, теплозащитных и эрозионностойких покрытий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1829984B1 (en) Process for making a high density thermal barrier coating
US7846561B2 (en) Engine portions with functional ceramic coatings and methods of making same
US7374825B2 (en) Protection of thermal barrier coating by an impermeable barrier coating
US5683761A (en) Alpha alumina protective coatings for bond-coated substrates and their preparation
KR101519131B1 (ko) 금속 합금 조성물 및 이를 포함하는 제품
US9023486B2 (en) Thermal barrier coating systems and processes therefor
US20160333455A1 (en) Thermal Barrier Coating with Lower Thermal Conductivity
US20030138658A1 (en) Multilayer thermal barrier coating
JP2008151128A (ja) ガスタービンエンジン構成要素、そのコーティング方法およびコーティング設計方法
EP1088909A2 (en) Thermal barrier coating system of a turbine component
US11319829B2 (en) Geometrically segmented abradable ceramic thermal barrier coating with improved spallation resistance
JP2002522646A (ja) 多層断熱被膜システム
JP4226669B2 (ja) 耐熱部材
JPH1088368A (ja) 遮熱コーティング部材およびその作製方法
JPH11229161A (ja) 遮熱コーティング系用ボンディングコートの緻密化及び粒子間結合の促進方法
JP2011508093A (ja) Cmas浸透耐性を向上させる方法
US11473432B2 (en) Anti-CMAS coating with enhanced efficiency
US20160186580A1 (en) Calcium Magnesium Aluminosilicate (CMAS) Resistant Thermal Barrier Coating and Coating Process Therefor
KR20030068054A (ko) 혼성 열 차단 코팅 및 그 제조 방법
US20100104764A1 (en) Method of forming a ceramic thermal barrier coating
RU2260071C1 (ru) Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия
EP3002348B1 (en) Process for coating gas turbine engine components comprising multi-phase pre-reacted thermal barrier coatings and coated gas turbine engine components
JPS63118059A (ja) 断熱コーティング法及びガスタービン燃焼器
EP3470544A1 (en) Methods for applying thermal barrier coatings
JPH09316622A (ja) ガスタービン部材及びその遮熱コーティング方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100420