[go: up one dir, main page]

RU2280095C2 - Способ нанесения покрытия - Google Patents

Способ нанесения покрытия Download PDF

Info

Publication number
RU2280095C2
RU2280095C2 RU2004129000/02A RU2004129000A RU2280095C2 RU 2280095 C2 RU2280095 C2 RU 2280095C2 RU 2004129000/02 A RU2004129000/02 A RU 2004129000/02A RU 2004129000 A RU2004129000 A RU 2004129000A RU 2280095 C2 RU2280095 C2 RU 2280095C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
zro
layer
deposition
powder
Prior art date
Application number
RU2004129000/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004129000A (ru
Inventor
Евгений Николаевич Каблов (RU)
Евгений Николаевич Каблов
дж н Сергей Артемович Мубо (RU)
Сергей Артемович Мубояджян
Юрий Иванович Головкин (RU)
Юрий Иванович Головкин
Людмила Петровна Егорова (RU)
Людмила Петровна Егорова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2004129000/02A priority Critical patent/RU2280095C2/ru
Publication of RU2004129000A publication Critical patent/RU2004129000A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2280095C2 publication Critical patent/RU2280095C2/ru

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты деталей, работающих при высоких температурах. Предложенный способ включает предварительную обработку поверхности детали, нанесение первого слоя жаростойкого покрытия из сплава на основе никеля, нанесение второго слоя, содержащего алюминий. Затем проводят вакуумный диффузионный отжиг, подготовку поверхности под нанесение третьего слоя покрытия, нанесение третьего керамического слоя и финишную обработку детали с покрытием. Керамический слой наносят из порошка ZrO2·Yb2О3 или из смеси порошков ZrO2·Yb2О3 и ZrO2Y2O3 при следующем их соотношении, мас.%: ZrO2·Yb2О3 5-95, ZrO2·Y2О3 95-5. В качестве порошка используют сфероидизированный порошок грануляции 50-80 мкм. Техническим результатом изобретения является создание способа нанесения покрытия на детали газотурбинного двигателя, который позволяет повысить термостойкость композиции сплав - покрытие и теплозащитные свойства покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в том числе для крупногабаритных деталей горячего тракта турбины (камеры сгорания, жаровые трубы и т.д.).
Известен способ нанесения покрытия на лопатку турбины, включающий предварительную абразивно-жидкостную обработку и обработку шлифпорошком, нанесение слоя жаростойкого покрытия из сплава на никелевой основе методом вакуумно-плазменной технологии, нанесение второго слоя из сплава на основе алюминия, легированного никелем 13-16% и иттрием 1,5-1,8%, вакуумный отжиг и подготовку поверхности перед нанесением третьего керамического слоя из диоксида циркония стабилизированного 7-9 мас.%, оксида иттрия (ZrO2·7% Y2O3) и последующие дополнительные вакуумный диффузионный и окислительный отжиг (патент РФ №2078148).
Покрытие, полученное по известному способу, при температуре ≥1100°С имеет теплопроводность λ керамического слоя на основе ZrO2·7% Y2O3, равную ~2,5-3 Вт/м·град., что приводит к необходимости увеличения толщины слоя до 300 мкм с целью получения теплоперепада на керамическом слое ~100°С. Это, в свою очередь, приводит к снижению служебных характеристик покрытия (термостойкости, длительной прочности, надежности). С другой стороны, известный способ невозможно реализовать на крупногабаритных деталях горячего тракта газотурбинного двигателя (ГТД) из-за трудностей создания специального оборудования для покрытия таких деталей.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ нанесения покрытия на детали ГТД, в том числе на крупногабаритные детали (камеру сгорания, жаровые трубы и т.д.), включающий предварительную обработку поверхности детали, нанесение первого слоя жаростойкого покрытия из сплава на основе никеля, нанесение второго слоя, содержащего алюминий, проведение вакуумного диффузионного отжига, подготовку поверхности под нанесение третьего керамического слоя и финишную обработку детали с покрытием, при этом первый и третий слои покрытия наносят газотермическим способом, а второй слой методом шликерной технологии (патент РФ №2214475).
В известном способе нанесения покрытия также используется керамика на основе ZrO2·Y2O3 7%, что не позволяет повысить термостойкость композиции сплав - покрытие и теплозащитный эффект, определяемый теплоперепадом на единицу толщины керамического слоя.
Технической задачей изобретения является создание способа нанесения покрытия на детали ГТД, который позволяет повысить термостойкость композиции сплав - покрытие и теплозащитный эффект.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ нанесения покрытия на детали ГТД, включающий предварительную обработку поверхности детали, нанесение первого слоя жаростойкого покрытия из сплава на основе никеля, нанесение второго слоя, содержащего алюминий, проведение вакуумного диффузионного отжига, подготовку поверхности под нанесение третьего слоя покрытия, нанесение третьего керамического слоя и финишную обработку детали с покрытием, при этом керамический слой наносят из порошка ZrO2·Yb2O3 или из смеси порошков ZrO2·Yb2O3 и ZrO2·Y2O3 при следующем их соотношении, мас %:
ZrO2·Yb2O3 5-95
ZrO2·Y2O3 95-5
В качестве порошка используют сфероидизированный порошок грануляции 50-80 мкм.
Применение для керамического слоя покрытия диоксида циркония, стабилизированного оксидами иттербия или смесью оксидов иттербия и иттрия, обеспечивает повышение термостойкости композиции сплав - покрытие.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Покрытие наносили на образцы и натурные детали из жаропрочного никелевого сплава ВЖ155 и ВЖ159. Плоские образцы и детали из жаропрочного сплава подвергали предварительной обработке под нанесение покрытия (обезжиривание, пескоструйная обработка шлифпорошком 25А F30 на пескоструйной установке) для удаления окалины и других загрязнений и обеспечения шероховатой поверхности. После окончания подготовительной обработки на деталь газотермическим способом (плазменное напыление на установке УПУ-3Д) наносили первый слой жаростойкого покрытия из никелевого сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Y толщиной 80 мкм. Система покрытия Ni-Co-Cr-Al-Y первого слоя имеет промежуточное значение коэффициента линейного термического расширения, что обеспечивает совместимость керамического слоя покрытия с основой - жаропрочным сплавом. Конкретный состав первого слоя выбирали в зависимости от материала детали таким образом, чтобы обеспечить согласование термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) в области рабочих температур материала основы (детали) с ТКЛР материала покрытия первого слоя.
Затем на деталь наносили второй слой из шликера следующего состава, мас.%:
Мелкодисперсный порошок на основе Al 50
Алюмохромфосфатное связующее Остальное.
Шликерное покрытие наносили кистью или краскораспылителем (в зависимости от доступности участков крупногабаритного изделия, подлежащих покрытию) при давлении сжатого воздуха 3-5 ат и одним или двумя слоями общей толщиной 30-50 мкм, затем проводили сушку шликерного слоя в воздушной атмосфере печи при температуре 350°С с выдержкой 30-60 мин и подъемом температуры в течение 1,5-3 ч. Такой режим сушки позволял полностью удалить воду из шликерного слоя независимо от габаритов и массы детали, что способствовало получению качественного покрытия.
Далее деталь подвергали диффузионному вакуумному отжигу при температуре 1050°С в течение 3-4 ч для получения диффузионного алюминидного слоя. В процессе вакуумного отжига происходило уплотнение первого слоя покрытия с заполнением открытой пористости, присущей газотермическому покрытию, интерметаллидом на основе β-фазы (NiAl).
После диффузионного отжига проводили подготовку поверхности перед нанесением керамического слоя (обдувка шлифпорошком 25А (F30), виброшлифование) для удаления шлаков от второго слоя на основе шликера. Затем деталь с покрытием обдували чистым сжатым воздухом для удаления остатков электрокорунда и обеспечения лучшей адгезии керамического слоя.
На очищенную поверхность образцов и деталей наносили газотермическим способом третий керамический слой из порошка следующего состава ZrO2·Yb2O3 или смесь порошков следующего состава, мас.%:
ZrO2·Yb2О3 5-95
ZrO2·Yb2О3 95-5
В качестве порошка использовали сфероидизированный порошок грануляции 50-80 мкм
После нанесения слоя керамики образцы и детали с покрытием подвергали финишной обработке.
В качестве финишной обработки проводили виброшлифовку поверхности керамического слоя для получения шероховатости поверхности ▽ 6-7, а затем вакуумную термообработку детали с покрытием при температуре 1000-1050°С в течение 1-3 ч. Полученные образцы из листового жаропрочного сплава ВЖ155 или ВЖ159 с покрытиями, отличающимися составом керамического слоя и толщиной, подвергали испытаниям на термостойкость и определению теплозащитного эффекта. Определение теплозащитного эффекта (ΔT, °C) проводили на образцах из сплава ВЖ159, ВЖ155 с ТЗП при тепловых потоках на уровне (2,5-3,5)·106 Вт/м, близких по значению к потоку, реализуемому в камерах сгорания ГТД.
Сравнительные характеристики образцов с покрытием, полученным по предлагаемому способу и способу-прототипу, приведены в таблице.
Из примеров, приведенных в таблице, видно, что образцы из указанных сплавов типа ВЖ с предлагаемым покрытием обеспечивают теплозащитный эффект ≥100°С при испытаниях в спокойной атмосфере печи на воздухе при 1150°С, а также высокую термостойкость при «жестком» цикле испытаний (см. пп.1, 2, 3 таблицы).
При минимальном содержании оксида иттербия покрытие имеет термостойкость свыше 60 циклов и теплозащитный эффект (ΔT, °C), равный 96°С.
Figure 00000001
Образцы №2, имеющие средний состав керамического слоя, обеспечили термостойкость 70 циклов и теплозащитный эффект (ΔT, °C) 110°С.
По результатам испытаний при максимальном содержании оксида иттербия (100%) в керамическом слое (образцы №3) покрытие имеет более высокие свойства по сравнению прототипом (образцы №4), термостойкость 75 циклов и теплозащитный эффект 118°С.
На поверхности образцов с покрытием, полученным по способу-прототипу, после термоциклических испытаний (60 циклов) обнаружены микротрещины, а после испытаний при 1150°С по определению теплозащитного эффекта (ΔT, °C), равного 80°С, были замечены незначительные (5% от общей поверхности покрытия) сколы керамического слоя покрытия.
Теплозащитные покрытия, полученные по предлагаемому способу, предназначены для увеличения ресурса элементов камеры сгорания ГТД, работающих при температуре выше 1150°С. При использовании предлагаемого способа нанесения покрытия не требуется дорогостоящего оборудования.

Claims (2)

1. Способ нанесения покрытия на детали ГТД, включающий предварительную обработку поверхности детали, нанесение первого слоя жаростойкого покрытия из сплава на основе никеля, нанесение второго слоя, содержащего алюминий, проведение вакуумного диффузионного отжига, подготовку поверхности под нанесение третьего слоя покрытия, нанесение третьего керамического слоя и финишную обработку детали с покрытием, отличающийся тем, что керамический слой наносят из порошка ZrO2·Yb2O3 или из смеси порошков ZrO2·Yb2O3 и ZrO2·Y2О3 при следующем их соотношении, мас.%:
ZrO2·Yb2O3 5-95 ZrO2Y2O3 95-5
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка используют сфероидизированный порошок грануляции 50-80 мкм.
RU2004129000/02A 2004-10-05 2004-10-05 Способ нанесения покрытия RU2280095C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004129000/02A RU2280095C2 (ru) 2004-10-05 2004-10-05 Способ нанесения покрытия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004129000/02A RU2280095C2 (ru) 2004-10-05 2004-10-05 Способ нанесения покрытия

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004129000A RU2004129000A (ru) 2006-03-10
RU2280095C2 true RU2280095C2 (ru) 2006-07-20

Family

ID=36115924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004129000/02A RU2280095C2 (ru) 2004-10-05 2004-10-05 Способ нанесения покрытия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2280095C2 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2375499C2 (ru) * 2007-12-20 2009-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов
RU2441099C2 (ru) * 2010-04-13 2012-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Способ получения металлокерамического теплозащитного покрытия
RU2447195C2 (ru) * 2009-07-06 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Способ получения армированного теплозащитного покрытия
RU2534234C2 (ru) * 2012-01-13 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерный центр "АДМ" Устройство управления детонационным наращиванием толщины линейных физических объектов
RU2688417C1 (ru) * 2018-08-08 2019-05-22 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ нанесения теплозащитного покрытия на лопатки турбин высоконагруженного двигателя
RU2849757C1 (ru) * 2025-04-21 2025-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4485151A (en) * 1982-05-06 1984-11-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thermal barrier coating system
RU2021389C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ получения теплозащитного покрытия
RU2078148C1 (ru) * 1993-07-05 1997-04-27 Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" Способ нанесения покрытия на лопатку турбины
RU2214475C2 (ru) * 2001-11-27 2003-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Способ нанесения покрытия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4485151A (en) * 1982-05-06 1984-11-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thermal barrier coating system
RU2021389C1 (ru) * 1991-04-18 1994-10-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Способ получения теплозащитного покрытия
RU2078148C1 (ru) * 1993-07-05 1997-04-27 Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" Способ нанесения покрытия на лопатку турбины
RU2214475C2 (ru) * 2001-11-27 2003-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Способ нанесения покрытия

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2375499C2 (ru) * 2007-12-20 2009-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов
RU2447195C2 (ru) * 2009-07-06 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Способ получения армированного теплозащитного покрытия
RU2441099C2 (ru) * 2010-04-13 2012-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Способ получения металлокерамического теплозащитного покрытия
RU2534234C2 (ru) * 2012-01-13 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерный центр "АДМ" Устройство управления детонационным наращиванием толщины линейных физических объектов
RU2688417C1 (ru) * 2018-08-08 2019-05-22 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ нанесения теплозащитного покрытия на лопатки турбин высоконагруженного двигателя
RU2849757C1 (ru) * 2025-04-21 2025-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004129000A (ru) 2006-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haynes et al. Thermal cycling behavior of plasma-sprayed thermal barrier coatings with various MCrAlX bond coats
EP1640477B2 (en) High temperature component with thermal barrier coating and gas turbine using the same
JP4166977B2 (ja) 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン
US5683761A (en) Alpha alumina protective coatings for bond-coated substrates and their preparation
US5277936A (en) Oxide containing MCrAlY-type overlay coatings
EP2918570B1 (en) Articles having reduced expansion hermetic environmental barrier coatings and methods for their manufacture
Brindley et al. Thermal barrier coating life and isothermal oxidation of low-pressure plasma-sprayed bond coat alloys
JP4831381B2 (ja) セラミック超合金物品
JPH01279781A (ja) セラミック被覆耐熱部材
EP1312693B1 (en) Thermal barrier coating material, gas turbine parts and gas turbine
Wu et al. Thermal cyclic response of yttria-stabilized zirconia/CoNiCrAlY thermal barrier coatings
CN113584419B (zh) 用于TiAl合金表面的热障涂层及其制备方法
EP0508731B1 (en) Use of an oxide coating to enhance the resistance to oxidation and corrosion of a silicon nitride based gas turbine blade
JPH0967662A (ja) セラミックス被覆部材
RU2280095C2 (ru) Способ нанесения покрытия
EP1627862A1 (en) Ceramic compositions for thermal barrier coatings with improved mechanical properties
Mahmood et al. Improved oxidation resistance for thermal barrier ceramic coating protect
RU2375499C2 (ru) Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов
CN117702044A (zh) 一种镍基合金表面高结合强度陶瓷热障涂层及其制备方法
RU2214475C2 (ru) Способ нанесения покрытия
JPH09316622A (ja) ガスタービン部材及びその遮熱コーティング方法
WO2020166565A1 (ja) 焼成治具
KR20230065725A (ko) 가스터빈 고온부품에 적용되는 열차폐 코팅의 접합강도 향상을 위한 코팅 방법
JPS61174385A (ja) セラミツク被覆耐熱部材及びその製造方法
JPS62211387A (ja) セラミツク被覆耐熱部材の製造方法