[go: up one dir, main page]

RU2374075C2 - Износостойкое защитное покрытие и деталь с таким покрытием - Google Patents

Износостойкое защитное покрытие и деталь с таким покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2374075C2
RU2374075C2 RU2006115794/02A RU2006115794A RU2374075C2 RU 2374075 C2 RU2374075 C2 RU 2374075C2 RU 2006115794/02 A RU2006115794/02 A RU 2006115794/02A RU 2006115794 A RU2006115794 A RU 2006115794A RU 2374075 C2 RU2374075 C2 RU 2374075C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
multilayer
multilayer system
wear
protected
Prior art date
Application number
RU2006115794/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006115794A (ru
Inventor
Вольфганг АЙХМАНН (DE)
Вольфганг АЙХМАНН
Рольф ГЕРСТНЕР (DE)
Рольф ГЕРСТНЕР
Карл-Хайнц МАНИР (DE)
Карл-Хайнц МАНИР
Маркус ЮККЕР (DE)
Маркус ЮККЕР
Томас УИЛАЙН (DE)
Томас УИЛАЙН
Original Assignee
Мту Аэро Энджинз Гмбх
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 Мту Аэро Энджинз Гмбх filed Critical Мту Аэро Энджинз Гмбх
Publication of RU2006115794A publication Critical patent/RU2006115794A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2374075C2 publication Critical patent/RU2374075C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F05D2230/313—Layer deposition by physical vapour deposition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12542—More than one such component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12576—Boride, carbide or nitride component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к износостойкому, в частности эрозионностойкому, защитному покрытию, предпочтительно для деталей газовых турбин. На защищаемой поверхности детали нанесено покрытие, состоящее из одной или нескольких повторно нанесенных на защищаемую поверхность детали многослойных систем. Каждая из однократно или повторно нанесенных многослойных систем состоит из по меньшей мере четырех разных слоев. Первый, ближайший к защищаемой поверхности, слой каждой многослойной системы выполнен из металлического материала, совместимого с составом защищаемой поверхности детали. Нанесенный на первый слой второй слой каждой многослойной системы выполнен из металлического сплава, который совместим с составом защищаемой поверхности детали. Нанесенный на второй слой третий слой каждой многослойной системы выполнен из керметного функционально-градиентного материала, обеспечивающего плавный переход между вторым слоем и четвертым слоем. Нанесенный на третий слой четвертый слой каждой многослойной системы выполнен из наноструктурированного керамического материала. Получают износостойкое эрозионно-стойкое защитное покрытие. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к износостойкому, прежде всего эрозионностойкому, защитному покрытию предпочтительно для деталей газовых турбин согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к детали с подобным износостойким защитным покрытием согласно ограничительной части п.12 формулы изобретения.
Испытывающие воздействие аэродинамических нагрузок детали, например детали газовых турбин, подвергаются износу вследствие окисления, коррозии и эрозии. Под эрозией подразумевается процесс износа, вызываемого переносимыми газовым потоком частицами твердых веществ. Для увеличения ресурса подверженных воздействию аэродинамических нагрузок деталей на них необходимо наносить покрытия, защищающие детали от износа, прежде всего, от эрозии, коррозии и окисления.
Из публикации ЕР 0674020 В1 известно многослойное эрозионностойкое покрытие, наносимое на поверхности соответствующих основ или подложек. Описанное в этой публикации эрозионностойкое покрытие представляет собой износостойкое защитное покрытие, которое состоит из нескольких повторно нанесенных на защищаемую от износа основу многослойных систем. Так, в частности, согласно ЕР 0674020 В1 каждая из повторно нанесенных многослойных систем образована двумя разными слоями, один из которых представляет собой слой металлического материала, а другой - слой диборида титана. Поскольку повторно нанесенные многослойные системы, образующие известное из ЕР 0674020 В1 эрозионностойкое защитное покрытие, состоят лишь из двух слоев, в описанном в указанной публикации эрозионностойком защитном покрытии слои металлического материала чередуются со слоями диборида титана.
В ЕР 0366289 А1 описано другое эрозионностойкое, а также коррозионностойкое покрытие, наносимое на поверхность соответствующей основы или подложки. Такое известное из ЕР 0366289 А1 износостойкое защитное покрытие также состоит из нескольких повторно нанесенных на защищаемую от износа основу многослойных систем, каждая из которых в свою очередь состоит из двух разных слоев, один из которых представляет собой металлический слой, например слой титана, а другой - керамический слой, например слой нитрида титана.
Другое износостойкое защитное покрытие, которое обладает эрозионной стойкостью и стойкостью к абразивному износу, известно из ЕР 0562108 В1. Описанное в этой публикации износостойкое защитное покрытие также образовано несколькими повторно нанесенными на защищаемую от износа основу многослойными системами. При этом на фиг.4 в публикации ЕР 0562108 В1 показано износостойкое защитное покрытие, образованное несколькими повторно нанесенными на основу многослойными системами, каждая из которых состоит из четырех слоев, один из которых представляет собой пластичный слой вольфрама или вольфрамового сплава, а три других слоя представляют собой твердые слои с разным содержанием легирующих элементов.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить износостойкое защитное покрытие нового типа и снабженную подобным покрытием деталь.
Эта задача в отношении износостойкого защитного покрытия указанного в начале описания типа решается с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Согласно изобретению каждая из повторно нанесенных многослойных систем состоит из по меньшей мере четырех разных слоев. При этом первый, ближайший к защищаемой поверхности детали, слой каждой многослойной системы выполнен из металлического материала, совместимого с составом защищаемой поверхности детали, т.е. его состав согласован с составом защищаемой поверхности детали. Нанесенный на первый слой второй слой каждой многослойной системы выполнен из металлического сплава, который совместим с составом защищаемой поверхности детали, т.е. его состав согласован с составом защищаемой поверхности детали. Нанесенный на второй слой третий слой каждой многослойной системы выполнен из керметного функционально-градиентного материала, т.е. материала, обеспечивающего плавный переход между вторым слоем и четвертым слоем, а нанесенный на третий слой четвертый слой каждой многослойной системы выполнен из наноструктурированного керамического материала.
Предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие придает защищаемой детали исключительно высокую стойкость к эрозии, а также к окислению и оказывает лишь очень малое влияние на вибропрочность снабженной им детали. Предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие пригодно для его нанесения прежде всего на детали сложной формы, такие как направляющие лопатки, рабочие лопатки, сегменты направляющих лопаток, сегменты рабочих лопаток, а также роторы с набором выполненных за одно целое с ними лопаток.
Несколько подобных многослойных систем повторно наносят на поверхность подверженной воздействию аэродинамических нагрузок детали, между поверхностью которой и примыкающей к ней первой многослойной системой в предпочтительном варианте дополнительно наносят промежуточный адгезионный слой.
Предлагаемая в изобретении деталь, в частности деталь газовой турбины, подверженная воздействию аэродинамических нагрузок, содержит на защищаемой поверхности износостойкое, в частности эрозионностойкое, защитное покрытие, содержащее одну или несколько повторно нанесенных многослойных систем. В соответствии с изобретением каждая из многослойных систем состоит из по меньшей мере четырех разных слоев, при этом первый, ближайший к защищаемой поверхности, слой каждой многослойной системы выполнен из металлического материала, совместимого с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на первый слой второй слой каждой многослойной системы выполнен из металлического сплава, состав которого совместим с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на второй слой третий слой каждой многослойной системы выполнен из функционально-градиентного керметного материала, обеспечивающего плавный переход между вторым слоем и четвертым слоем, нанесенный на третий слой четвертый слой каждой многослойной системы выполнен из наноструктурированного керамического материала.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании. Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых не ограничивающих его объем вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид снабженной предлагаемым в изобретении износостойким защитным покрытием лопатки газовой турбины;
на фиг.2 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении износостойкого защитного покрытия в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
на фиг.3 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении износостойкого защитного покрытия в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
на фиг.4 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении износостойкого защитного покрытия в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.
Ниже настоящее изобретение более детально поясняется со ссылкой на фиг.1-4. На фиг.1 схематично в аксонометрии показана снабженная предлагаемым в изобретении износостойким защитным покрытием лопатка газовой турбины. На фиг.2-4 схематично в разрезе показаны лопатки с разными предлагаемыми в изобретении износостойкими защитными покрытиями.
На фиг.1 показана лопатка 10 газовой турбины, имеющая перо 11 и хвостовик 12. В показанном на фиг.1 примере вся лопатка 10, а точнее говоря, ее защищаемая поверхность, снабжена износостойким защитным покрытием 13. В отличие от показанного на чертеже примера износостойкое защитное покрытие 13 можно наносить не на всю лопатку 10, а только на отдельные ее участки, т.е. только на ее перо 11 или его части либо на ее хвостовик 12. Износостойким защитным покрытием 13 можно также снабжать другие детали газовых турбин, например их корпусы или роторы с набором выполненных за одно целое с ними лопаток, такие как облопаченные диски (блиски) или лопаточные венцы.
На фиг.2 показана защищаемая от износа деталь, обозначенная позицией 10. На защищаемую от износа поверхность 14 этой детали 10 нанесено предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие 13. В показанном на фиг.2 примере износостойкое защитное покрытие 13 состоит из двух повторно нанесенных на поверхность 14 многослойных систем 15 и 16. Каждая из двух этих многослойных систем 15 и 16 состоит из четырех разных слоев, при этом первый, ближайший к защищаемой от износа поверхности 14, слой 17 каждой многослойной системы 15 и 16 образован металлическим материалом, состав которого согласован с составом защищаемой от износа детали 10. Нанесенный на первый слой 17 второй слой 18 каждой многослойной системы 15 и 16 образован материалом из металлического сплава, состав которого согласован с составом защищаемой от износа детали 10. Нанесенный на второй слой 18 третий слой 19 каждой многослойной системы 15 и 16 образован функционально-градиентным керметным материалом, а нанесенный на третий слой 19 четвертый слой 20 каждой многослойной системы 15 и 16 образован керамическим материалом. Функционально-градиентный керметный материал слоя 19 образует переход между вторым слоем 18 и четвертым слоем 20, т.е. переход от металлического сплава второго слоя 18 к керамическому материалу четвертого слоя 20.
В показанном на фиг.3 примере поверх рассмотренных выше многослойных систем 15 и 16 нанесена еще одна многослойная система 21, отдельные слои которой 17-20 аналогичны соответствующим слоям многослойных систем 15 и 16. Для образования предлагаемого в изобретении износостойкого защитного покрытия 13 можно также повторно наносить одну поверх другой четыре, пять или более подобных многослойных систем 15, 16 или 21. Такие многослойные системы могут состоять или могут быть образованы и более чем из четырех слоев.
В показанном на фиг.4 примере между поверхностью 14 защищаемой от износа детали 10 и примыкающей к этой поверхности 14 первой многослойной системой 15 нанесен промежуточный адгезионный слой 22. Этот промежуточный адгезионный слой 22 позволяет улучшить контакт или сцепление между предлагаемым в изобретении износостойким защитным покрытием 13 и защищаемой от износа деталью 10.
Конкретный состав отдельных слоев 17-20 многослойных систем 15, 16 и 21 согласован с составом материала защищаемой от износа детали 10. Ниже рассмотрено несколько соответствующих примеров.
У защищаемой от износа детали 10, которая выполнена из никеля, кобальта или железа в качестве основного материала, первый слой 17 предпочтительно выполнен в виде слоя никеля (Ni-слой). На подобный Ni-слой 17 затем нанесен второй слой 18 из хромоникелевого сплава (NiCr-слой). Ко второму слою 18 из хромоникелевого сплава примыкает третий слой 19 из функционально-градиентного кермета, который предпочтительно образован материалом из CrN1-х (CrN1-x-слой). Четвертый слой 20 образован керамическим материалом, в частности нитридом хрома (CrN-слой).
В следующем примере защищаемая от износа деталь 10 выполнена из титана в качестве основного материала. У такой защищаемой от износа детали 10 из титана в качестве основного материала первый слой 17 предпочтительно образован титаном, палладием или платиной. На подобный первый слой 17 затем нанесен второй слой 18, образованный материалом из TiCrAl или из CuAlCr. Ко второму сдою 18 в свою очередь примыкает третий слой 19, представляющий собой функционально-градиентный слой, который образован материалом либо из CrAlN1-x, либо из TiAlN1-x. В том случае, когда функционально-градиентный слой 19 образован материалом из CrAlN1-x, к нему в качестве четвертого керамического слоя 20 примыкает слой из CrAlN. В том же случае, когда функционально-градиентный слой 19 образован материалом из TiAlN1-x, четвертый слой 20 предпочтительно образован нитридом титана-алюминия (TiAlN). Однако в этом случае в качестве керамического материала четвертого слоя 20 вместо нитрида титана-алюминия можно также использовать материал из TiAlSiN, AlTiN или TiN/AlN.
Предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие 13 наносят на защищаемую от износа деталь 10 методом конденсации из газовой фазы. Толщина многослойной системы предлагаемого в изобретении износостойкого защитного покрытия предпочтительно составляет менее 15 мкм.
Предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие предпочтительно наносить на сложные, трехмерные, подверженные воздействию аэродинамических нагрузок детали, такие, например, как корпусные элементы, сегменты направляющих лопаток, сегменты рабочих лопаток, роторы с набором выполненных за одно целое с ними лопаток или же отдельные лопатки авиационных двигателей. Предлагаемое в изобретении износостойкое защитное покрытие можно наносить на всю защищаемую от износа деталь или же только на некоторый ее участок.

Claims (15)

1. Износостойкое, в частности эрозионностойкое, защитное покрытие, нанесенное на защищаемую поверхность детали, подверженной воздействию аэродинамических нагрузок, в частности детали газовой турбины, состоящее из одной или нескольких повторно нанесенных на защищаемую поверхность детали многослойных систем, отличающееся тем, что каждая из однократно или повторно нанесенных многослойных систем (15, 16, 21) состоит из по меньшей мере четырех разных слоев (17, 18, 19, 20), при этом первый, ближайший к защищаемой поверхности (14), слой (17) каждой многослойной системы выполнен из металлического материала, совместимого с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на первый слой (17) второй слой (18) каждой многослойной системы выполнен из металлического сплава, который совместим с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на второй слой (18) третий слой (19) каждой многослойной системы выполнен из керметного функционально-градиентного материала, обеспечивающего плавный переход между вторым слоем (18) и четвертым слоем (20), нанесенный на третий слой (19) четвертый слой (20) каждой многослойной системы выполнен из наноструктурированного керамического материала.
2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что все повторно нанесенные многослойные системы (15, 16, 21) имеют одинаковую слоистую структуру.
3. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что при выполнении детали из никеля, кобальта или железа в качестве основного материала металлический материал, из которого выполнен первый слой (17) каждой многослойной системы, представляет собой никель или кобальт.
4. Покрытие по п.3, отличающееся тем, что металлический сплав, из которого выполнен второй слой (18) каждой многослойной системы, представляет собой никелевый сплав, предпочтительно хромоникелевый сплав, кобальтовый сплав или железный сплав.
5. Покрытие по п.3, отличающееся тем, что керметный материал, из которого выполнен третий слой (19) каждой многослойной системы, представляет собой CrN1-x.
6. Покрытие по п.3, отличающееся тем, что керамический материал, из которого выполнен четвертый слой (20) каждой многослойной системы, наноструктурирован и представляет собой CrN.
7. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что при выполнении детали из титана в качестве основного материала, металлический материал, из которого выполнен первый слой (17) каждой многослойной системы, представляет собой титан, платину или палладий.
8. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что металлический сплав, из которого выполнен второй слой (18) каждой многослойной системы, представляет собой титановый или алюминиевый сплав, предпочтительно TiCrAl или CuAlCr.
9. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что керметный материал, из которого выполнен третий слой (19) каждой многослойной системы, представляет собой
CrAlN1-x или TiAlN1-x.
10. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что керамический материал, из которого выполнен четвертый слой (20) каждой многослойной системы, наноструктурирован и представляет собой CrAIN, TiAIN, TiAlSiN или TiN/AlN.
11. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что общая толщина слоев (17, 18, 19, 20) каждой многослойной системы составляет менее 15 мкм.
12. Деталь, в частности деталь газовой турбины, подверженная воздействию аэродинамических нагрузок, содержащая на защищаемой поверхности (14) износостойкое, в частности эрозионностойкое защитное покрытие (13), содержащее одну или несколько повторно нанесенных многослойных систем (15, 16, 21), отличающаяся тем, что каждая из многослойных систем (15, 16, 21) состоит из по меньшей мере четырех разных слоев (17, 18, 19, 20), при этом первый, ближайший к защищаемой поверхности (14), слой (17) каждой многослойной системы выполнен из металлического материала, совместимого с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на первый слой (17) второй слой (18) каждой многослойной системы выполнен из металлического сплава, состав которого совместим с составом защищаемой поверхности детали, нанесенный на второй слой (18) третий слой (19) каждой многослойной системы выполнен из функционально-градиентного керметного материала, обеспечивающего плавный переход между вторым слоем (18) и четвертым слоем (20), нанесенный на третий слой (19) четвертый слой (20) каждой многослойной системы выполнен из наноструктурированного керамического материала.
13. Деталь по п.12, отличающаяся тем, что она содержит износостойкое защитное покрытие (13) по любому из пп.2-11.
14. Деталь по п.12, отличающаяся тем, что она содержит промежуточный адгезионный слой (22) между ее поверхностью (14) и примыкающей к этой поверхности (14) первой многослойной системой (15).
15. Деталь по пп.12-14, отличающаяся тем, что она представляет собой корпус, направляющую лопатку, рабочую лопатку, сегмент направляющих лопаток, сегмент рабочих лопаток или ротор с набором выполненных за одно целое с ним лопаток для газовой турбины, в частности, авиационного двигателя.
RU2006115794/02A 2004-01-09 2004-12-22 Износостойкое защитное покрытие и деталь с таким покрытием RU2374075C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004001392.6 2004-01-09
DE102004001392A DE102004001392A1 (de) 2004-01-09 2004-01-09 Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006115794A RU2006115794A (ru) 2008-05-20
RU2374075C2 true RU2374075C2 (ru) 2009-11-27

Family

ID=34716391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006115794/02A RU2374075C2 (ru) 2004-01-09 2004-12-22 Износостойкое защитное покрытие и деталь с таким покрытием

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7927709B2 (ru)
EP (1) EP1649074B1 (ru)
CA (1) CA2537205A1 (ru)
DE (2) DE102004001392A1 (ru)
RU (1) RU2374075C2 (ru)
WO (1) WO2005066384A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449053C1 (ru) * 2011-04-05 2012-04-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004050474A1 (de) * 2004-10-16 2006-04-20 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mit einer Verschleißschutzbeschichtung beschichteten Bauteils
DE102005030266A1 (de) * 2005-06-29 2007-01-18 Mtu Aero Engines Gmbh Schaufel einer Turbomaschine mit einer Schaufelspitzenpanzerung
DE102005049249B4 (de) * 2005-10-14 2018-03-29 MTU Aero Engines AG Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils
DE102006001864A1 (de) * 2006-01-13 2007-07-19 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung
US8893405B2 (en) * 2006-05-25 2014-11-25 Nike, Inc. Article of footwear incorporating tensile strands with an elongated cross-sectional shape
DE102006051813A1 (de) 2006-11-03 2008-05-08 Mtu Aero Engines Gmbh Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbine eines Flugtriebwerks, Flugtriebwerk mit einer solchen Schaufel sowie Verfahren zum Beschichten einer Schaufel eines Flugtriebwerks
DE102007005755A1 (de) * 2007-02-06 2008-08-07 Mtu Aero Engines Gmbh Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen mit brennbarer Titanlegierung vor Titanfeuer und Verfahren zu deren Herstellung
DE102007022832A1 (de) * 2007-05-15 2008-11-20 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils
DE102007027335A1 (de) * 2007-06-14 2008-12-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung
DE102008019891A1 (de) * 2008-04-21 2009-10-22 Mtu Aero Engines Gmbh Erosionsschutzbeschichtung
DE102008023590A1 (de) * 2008-05-14 2009-11-19 Mtu Aero Engines Gmbh Schutzschicht und Verfahren zum Herstellen einer Schutzschicht
DE102008023591A1 (de) 2008-05-14 2009-11-19 Mtu Aero Engines Gmbh Schutzschicht und Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht
DE102009010110B4 (de) 2009-02-21 2014-08-28 MTU Aero Engines AG Erosionsschutz-Beschichtungssystem für Gasturbinenbauteile
DE102009013129A1 (de) 2009-03-13 2010-09-16 Mtu Aero Engines Gmbh Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung
US20100304107A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 United Technologies Corporation Layered coating for erosion protection
CA2786793A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 Saab Ab A wind turbine blade having an outer surface with improved properties
DE102010060152A1 (de) 2010-10-25 2012-04-26 Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Verschleißschutzbeschichtung
TWI477619B (zh) * 2010-12-29 2015-03-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 硬質薄膜、具備該硬質薄膜之產品、該產品之製作方法
US9291062B2 (en) 2012-09-07 2016-03-22 General Electric Company Methods of forming blades and method for rendering a blade resistant to erosion
WO2016104303A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 株式会社Ihi エンジン用圧縮機翼
US9834835B2 (en) 2015-02-18 2017-12-05 United Technologies Corporation Fire containment coating system for titanium
JP2016196820A (ja) * 2015-04-02 2016-11-24 株式会社Ihi エンジン用圧縮機翼
US10017844B2 (en) 2015-12-18 2018-07-10 General Electric Company Coated articles and method for making
EP3246430B1 (de) 2016-05-20 2021-12-08 MTU Aero Engines AG Verfahren zur herstellung von schaufeln oder schaufelanordnungen einer strömungsmaschine mit erosionschutzschichten und entsprechend hergestelltes bauteil
DE102016222296A1 (de) 2016-11-14 2018-05-17 Siemens Aktiengesellschaft Mehrlagige aluminiumhaltige Schutzbeschichtung und Bauteil
DE102017219639A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Schichtsystem mit harten und weichen Schichten und Schaufel
JP6735299B2 (ja) * 2018-03-09 2020-08-05 三菱重工業株式会社 複合材翼、前縁金属カバー形成ユニット、複合材翼の製造方法
DE102019210880A1 (de) * 2019-07-23 2021-01-28 MTU Aero Engines AG Laufschaufel für eine strömungsmaschine
DE102020206202A1 (de) 2020-05-18 2021-11-18 MTU Aero Engines AG Schaufel für eine Strömungsmaschine mit Schaufelspitzenpanzerung und Erosionsschutzschicht und Verfahren zur Herstellung Derselben
RU2749171C1 (ru) * 2020-08-28 2021-06-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Теплозащитное покрытие летательного аппарата
US20230184117A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-15 General Electric Company Airfoil vibration damping apparatus
EP4245963B1 (en) * 2022-03-16 2025-09-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Gas turbine engine and method for manufacturing a rotor blade
CN115094382B (zh) * 2022-07-07 2023-08-15 佛山科学技术学院 一种用于金属或合金表面的复合薄膜、其制备方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU49238A1 (ru) * 1935-03-07 1936-08-31 А.А. Абиндер Способ термического наращивани из газовой фары на поверхность металлических изделий твердых сплавов
EP0366289A1 (en) * 1988-10-11 1990-05-02 Midwest Research Technologies, Inc. Multi-layer wear resistant coatings
EP0562108A1 (fr) * 1991-10-14 1993-09-29 Commissariat Energie Atomique Materiau multicouche pour revetement anti-erosion et anti-abrasion.
EP0674020A1 (en) * 1994-03-23 1995-09-27 ROLLS-ROYCE plc A multiple layer erosion resistant coating and a method for its production
RU2218447C2 (ru) * 1997-11-03 2003-12-10 Сименс Акциенгезелльшафт Изделие, подвергаемое воздействию горячего агрессивного газа, в частности, деталь газовой турбины (варианты) и способ изготовления теплоизоляционного слоя для изделия

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4481237A (en) * 1981-12-14 1984-11-06 United Technologies Corporation Method of applying ceramic coatings on a metallic substrate
US4761346A (en) * 1984-11-19 1988-08-02 Avco Corporation Erosion-resistant coating system
GB2224117B (en) 1988-10-12 1993-06-09 Detector Electronics Processing signals derived from electromagnetic radiation sources
US5384367A (en) * 1993-04-19 1995-01-24 Ppg Industries, Inc. Carbamate urea or urethane-functional epoxy acrylic with polyacid
CA2327031C (en) 1999-11-29 2007-07-03 Vladimir Gorokhovsky Composite vapour deposited coatings and process therefor
JP3996809B2 (ja) * 2002-07-11 2007-10-24 住友電工ハードメタル株式会社 被覆切削工具
US6858333B2 (en) * 2002-10-09 2005-02-22 Kennametal Inc. Tool with wear resistant low friction coating and method of making the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU49238A1 (ru) * 1935-03-07 1936-08-31 А.А. Абиндер Способ термического наращивани из газовой фары на поверхность металлических изделий твердых сплавов
EP0366289A1 (en) * 1988-10-11 1990-05-02 Midwest Research Technologies, Inc. Multi-layer wear resistant coatings
EP0562108A1 (fr) * 1991-10-14 1993-09-29 Commissariat Energie Atomique Materiau multicouche pour revetement anti-erosion et anti-abrasion.
EP0674020A1 (en) * 1994-03-23 1995-09-27 ROLLS-ROYCE plc A multiple layer erosion resistant coating and a method for its production
RU2218447C2 (ru) * 1997-11-03 2003-12-10 Сименс Акциенгезелльшафт Изделие, подвергаемое воздействию горячего агрессивного газа, в частности, деталь газовой турбины (варианты) и способ изготовления теплоизоляционного слоя для изделия

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449053C1 (ru) * 2011-04-05 2012-04-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы

Also Published As

Publication number Publication date
CA2537205A1 (en) 2005-07-21
EP1649074B1 (de) 2010-02-10
US7927709B2 (en) 2011-04-19
WO2005066384A8 (de) 2006-04-20
WO2005066384A1 (de) 2005-07-21
EP1649074A1 (de) 2006-04-26
DE102004001392A1 (de) 2005-08-04
US20070190351A1 (en) 2007-08-16
RU2006115794A (ru) 2008-05-20
DE502004010743D1 (de) 2010-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2374075C2 (ru) Износостойкое защитное покрытие и деталь с таким покрытием
US10041360B2 (en) Turbomachine component with an erosion and corrosion resistant coating system and method for manufacturing such a component
EP3374539B1 (en) Turbine clearance control coatings and method
CA2753268C (en) Anti-erosion coating system for gas turbine components
US6001492A (en) Graded bond coat for a thermal barrier coating system
US10774669B2 (en) Low permeability high pressure compressor abradable seal for bare ni airfoils having continuous metal matrix
US7942638B2 (en) Turbomachine blade with a blade tip armor cladding
CA2690626C (en) Anti-wear coating and component comprising an anti-wear coating
US10400613B2 (en) Method of producing blades or blade arrangements of a turbomachine with erosion protection layers and correspondingly produced component
US7211338B2 (en) Hard, ductile coating system
US7250225B2 (en) Gamma prime phase-containing nickel aluminide coating
CN111448339B (zh) 用于燃气轮机的涡轮叶片的防腐耐蚀涂层
EP3360985B1 (en) Multilayer abradable coating
US12359573B2 (en) Blade for a turbomachine including blade tip armor and an erosion protection layer, and method for manufacturing same
EP2129812A2 (en) Turbomachine blade with erosion and corrosion protective coating and method of manufacturing the same
CN110023540B (zh) 多层的含铝的保护覆层和构件
Devaraj et al. Electro deposited composites–a review on new technologies for aerospace and other field

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161223