EA012224B1 - Method for producing protective coatings on the gas turbine blades - Google Patents

Method for producing protective coatings on the gas turbine blades Download PDF

Info

Publication number
EA012224B1
EA012224B1 EA200800146A EA200800146A EA012224B1 EA 012224 B1 EA012224 B1 EA 012224B1 EA 200800146 A EA200800146 A EA 200800146A EA 200800146 A EA200800146 A EA 200800146A EA 012224 B1 EA012224 B1 EA 012224B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
elements
metals
alloy
coating
coatings
Prior art date
Application number
EA200800146A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200800146A1 (en
Inventor
Ариф Мирджалал оглы ПАШАЕВ
Адалят Солтан оглы Самедов
Турал Бейбала оглы Усубалиев
Тельман Багадур оглы Рзаев
Дайандур Муршуд оглы Гамбаров
Original Assignee
Азербайджанская Национальная Авиационная Академия
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 Азербайджанская Национальная Авиационная Академия filed Critical Азербайджанская Национальная Авиационная Академия
Publication of EA200800146A1 publication Critical patent/EA200800146A1/en
Publication of EA012224B1 publication Critical patent/EA012224B1/en

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The invention relates to technology of protective coatings and can de used in producing gas turbine engines in an aircraft industry and electro-gas turbine in energy mechanical engineering. An object of the invention is increasing thermal and structural stability of the coatings of the gas turbine engines blades. In electronic-plasma coatings deposition from metal alloys the selection of coating elements must be carried out complying with a size factor, in order that the atomic radii of the elements of the coating alloy to differ on no more than 15% from the atomic radii of the elements of the blades alloy and in order that the coating elements to have an identical type of a crystal lattice with the elements of the blades alloy. As a result, heterogeneous atoms of the coating will be located in the common space lattice sites, that results in ordering, forming a solid solution of substitution. In the coatings consisting of metals and non-metals there must be such selection of metals that their atomic radii also differ on no more than 15% from the atomic radii of the elements included in a composition of the blades alloy, and have an identical type of a crystal lattice, forming a solid solution of substitution, and the ratio of the atomic radii of non-metals to the atomic radii of metals must be R/R<0.59, so that the atoms of non-metals, having a minor radius, penetrating into interstices of the crystal lattice both the coating and the blade alloy, form a solid solution of penetration.

Description

Изобретение относится к технологии защитных покрытий и может быть использовано при производстве газотурбинных двигателей в авиационной промышленности и электрогазовых турбин в энергомашиностроении.The invention relates to the technology of protective coatings and can be used in the production of gas turbine engines in the aviation industry and electric gas turbines in power engineering.

Повышение надежности и ресурса авиационных газотурбинных двигателей в значительной мере определяется качеством защитных покрытий, создаваемых на поверхности деталей, особенно на наиболее нагруженных - лопатках турбин.Improving the reliability and life of aircraft gas turbine engines is largely determined by the quality of the protective coatings created on the surface of the parts, especially on the most loaded - turbine blades.

На лопатках турбины используются различные виды защитных покрытий: диффузионные, плазменные, конденсированные, керамические, комбинированные, многокомпонентные, термобарьерные и т.д.Various types of protective coatings are used on the turbine blades: diffusion, plasma, condensed, ceramic, combined, multicomponent, thermal barrier, etc.

Хороший эффект дают конденсированные покрытия, наносимые в вакууме ионно-плазменным или электронно-лучевым способами, содержащие комплекс компонентов типа Ме (металл)-Сг (хром)-А1 (алюминий)-У (иттрий), позволяющие существенно повышать жаростойкость защищаемого материала лопаток газовых турбин.Condensed coatings applied in vacuum by ion-plasma or electron-beam methods, containing a complex of components like Me (metal) -Cg (chromium) -A1 (aluminum) -U (yttrium), which can significantly increase the heat resistance of the protected material of gas blades, give a good effect. turbines.

Широкое распространение для нанесения жаростойких покрытий получает разновидность ионноплазменного способа - вакуумно-плазменная технология высоких энергий (ВПТВЭ). Электронно-лучевая технология также используется и для формирования керамических покрытий, обладающих теплозащитными свойствами [1, прототип].Widespread for the application of heat-resistant coatings is a kind of ion-plasma method - vacuum-plasma high-energy technology (VPTVE). Electron beam technology is also used to form ceramic coatings with heat-shielding properties [1, prototype].

Тем не менее, ресурс покрытий типа №-Ст-А1-У, работающих на лопатках высокотемпературных изделий, довольно ограничен (400-500 ч). Это объясняется рядом причин, главная из которых заключается в самой природе конденсированных покрытий. Неизбежная их пористость, недостаточная прочность сцепления покрытия и основного материала лопаток вследствие значительного различия их по составу и структуре и резкого концентрационного перехода по толщине являются серьезным препятствием для дальнейшего улучшения рабочих характеристик подобных композиций. Указанное осложняется работой лопаток в условиях сложно-напряженного состояния, высоких температур и теплосмен (остывания) [1, прототип].Nevertheless, the resource of coatings of the type No.-St-A1-U, working on the blades of high-temperature products, is quite limited (400-500 hours). This is due to several reasons, the main of which is the very nature of condensed coatings. Their inevitable porosity, insufficient adhesion of the coating and the main material of the blades due to a significant difference in their composition and structure and a sharp concentration transition in thickness are a serious obstacle to further improve the performance of such compositions. This is complicated by the operation of the blades in the conditions of difficult stress, high temperatures and heat exchange (cooling) [1, prototype].

В современных газотурбинных двигателях (ГТД) в качестве внешнего слоя в основном используется ΖτΟ2, стабилизированный 6-8% Υ2Ο3 (6-8 Υ8Ζ). Он имеет низкую теплопроводность: от 2,5 до 4,0 Вт/(м-к) в зависимости от фазового состава, пористости, температуры, а также изменений в колебаниях кристаллической решетки.In modern gas turbine engines (GTE), ΖτΟ 2 stabilized by 6-8% Υ 2 Ο 3 (6-8 Υ8Ζ) is mainly used as the outer layer. It has low thermal conductivity: from 2.5 to 4.0 W / (mK) depending on the phase composition, porosity, temperature, as well as changes in the vibrations of the crystal lattice.

В процессе вакуумно-плазменного напыления высокой энергией 8 Υ8Ζ покрытия образуется тетрагональная фаза кристаллической решетки, которая не изменяется сколько-нибудь значительно при температуре ниже 1273 К. Однако при температурах выше 1473 К и длительном воздействии в течение более 100 ч эта фаза распадется с образованием кубической и новой, так называемой «трансформируемой» тетрагональной фазы. Последняя при охлаждении превращается в моноклинную фазу с изменением в объеме приблизительно до 4%, что влечет за собой образование микротрещин и потери механической телесности покрытия. Кроме того, покрытия на основе 8 Υ8Ζ недостаточно устойчивы к химическому воздействию присутствующих в продуктах сгорания топлива серы ванадия [2, с. 60].In the process of vacuum-plasma spraying with a high energy of 8 Υ 8Ζ coating, a tetragonal phase of the crystal lattice is formed, which does not change significantly at temperatures below 1273 K. However, at temperatures above 1473 K and prolonged exposure for more than 100 hours, this phase decomposes to form a cubic and a new, so-called "transformable" tetragonal phase. The latter, upon cooling, turns into a monoclinic phase with a change in volume of up to about 4%, which entails the formation of microcracks and loss of mechanical solidity of the coating. In addition, coatings based on 8 Υ 8Ζ are not sufficiently resistant to the chemical effects of vanadium sulfur present in the fuel combustion products [2, p. 60].

Указанные недостатки защитных покрытий возможны из-за того, что не принимаются во внимание структура сплава самой лопатки и материала покрытий, а самое главное - радиусы атомов элементов, входящих в их состав. Это условие называется размерный фактор [4, с. 21].These disadvantages of protective coatings are possible due to the fact that the alloy structure of the blade itself and the coating material are not taken into account, and most importantly, the radii of the atoms of the elements included in their composition. This condition is called the size factor [4, p. 21].

В сплавах элементы могут различно взаимодействовать между собой, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению кристаллические фазы. Твердые растворы - кристаллы, в которых сохраняется кристаллическая решетка одного элемента - растворителя. Твердые растворы замещения образуются, когда атомы растворителя в узлах кристаллической решетки замещаются атомами растворенного элемента, если их атомные радиусы отличаются не более чем на 15% [4, с. 21].In alloys, elements can interact differently among themselves, forming crystalline phases that are different in chemical composition, type of bond, and structure. Solid solutions - crystals in which the crystal lattice of one element is retained - the solvent. Substitutional solid solutions are formed when the solvent atoms in the nodes of the crystal lattice are replaced by atoms of the dissolved element, if their atomic radii differ by no more than 15% [4, p. 21].

Растворимость элементов в твердом состоянии уменьшается при увеличении различия в атомных радиусах сплавленных элементов и их валентности.The solubility of elements in the solid state decreases with increasing differences in the atomic radii of the fused elements and their valency.

При образовании твердых растворов замещения возможна и неограниченная растворимость элементов в твердом состоянии, т. е. когда при любом количественном соотношении сплавляемых элементов все разнородные атомы размещаются в узлах общей пространственной решетки. Неограниченная растворимость наблюдается при соблюдении размерного фактора (атомные радиусы отличаются не более чем на 15%) и если элементы имеют одинаковый тип кристаллической решетки [4, с. 22].During the formation of substitutional solid solutions, unlimited solubility of elements in the solid state is also possible, i.e., when, for any quantitative ratio of fused elements, all dissimilar atoms are located at sites of a common spatial lattice. Unlimited solubility is observed subject to the dimensional factor (atomic radii differ by no more than 15%) and if the elements have the same type of crystal lattice [4, p. 22].

Твердые растворы внедрения образуются, когда в порах между узлами кристаллической решетки растворителя внедряются атомы растворенного элемента, атомные радиусы которых меньше, чем атомные радиусы элемента-растворителя.Interstitial solid solutions are formed when atoms of the dissolved element, whose atomic radii are smaller than the atomic radii of the solvent element, are introduced into the pores between the nodes of the crystal lattice of the solvent.

При этом атомный радиус элемента растворителя, расположенный в узлах кристаллической решетки, должен быть равным или несколько больше размера пор между узлами решетки [3, с. 20-21; 4, с. 23].In this case, the atomic radius of the solvent element located in the nodes of the crystal lattice should be equal to or slightly larger than the pore size between the nodes of the lattice [3, p. 20-21; 4, p. 23].

Твердые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость и встречаются преимущественно тогда, когда растворитель имеет структуру гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решетки или гранецентрированной кубической (ГЦК) решетки, в которых имеются поры между узлами с радиусом 0,41В, где В - радиус атома растворителя. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) решетке растворимость путем внедрения еще меньше, так как размер пор не превышает 0,29В.Interstitial solid solutions always have limited solubility and occur mainly when the solvent has the structure of a hexagonal close-packed (HCP) lattice or a face-centered cubic (FCC) lattice, in which there are pores between sites with a radius of 0.41 V, where B is the radius of the solvent atom. In a volume-centered cubic (bcc) lattice, the solubility by incorporation is even less, since the pore size does not exceed 0.29V.

- 1 012224- 1 012224

Такие твердые растворы внедрения возникают при сплавлении переходных металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус, Н, Ν, С, В.Such solid interstitial solutions arise in the fusion of transition metals with non-metals having a small atomic radius, H, Ν, C, B.

Кристаллическая структура этих соединений зависит от относительных размеров радиусов атомов неметалла В нм и атомов металла В м. Если отношение В нмм<0,59, образуются промежуточные фазы с простыми пространственными решетками, атомы неметалла в которых располагаются в порах.The crystal structure of these compounds depends on the relative sizes of the radii of non-metal atoms, V nm, and metal atoms, V m . If the ratio B nm / V m <0.59, intermediate phases with simple spatial lattices are formed, in which non-metal atoms are located in the pores.

Если отношение В нмм<0,59, то атом неметалла не может разместиться в поре, тогда образуются сложные пространственные решетки с большим числом атомов в элементарной ячейке [4, с. 24].If the ratio B nm / V m <0.59, then the non-metal atom cannot be located in the pore, then complex spatial lattices with a large number of atoms in the unit cell are formed [4, p. 24].

Искажения кристаллической решетки, которые появляются при образовании твердых растворов внедрения, превышают те, которые возникают при образовании твердых растворов замещения, в связи с чем более резко изменяются и свойства.The crystal lattice distortions that appear during the formation of interstitial solid solutions exceed those that arise during the formation of substitutional solid solutions, and therefore the properties change more sharply.

По мере концентрации (внедрения) растворенного элемента в твердом растворе заметно возрастают электрическое сопротивление, коэрцитивная сила, твердость и прочность, но снижается пластичность и вязкость [4, с. 23]. Большинство фаз внедрения чрезвычайно тугоплавки и имеют твердость, близкую к твердости алмаза. Фазы внедрения - это самые тугоплавкие и твердые промежуточные фазы.As the concentration (penetration) of the dissolved element in the solid solution increases, electrical resistance, coercive force, hardness and strength noticeably increase, but ductility and viscosity decrease [4, p. 23]. Most interstitial phases are extremely refractory and have a hardness close to that of diamond. Implementation phases are the most refractory and hardest intermediate phases.

В сплавах, содержащих более двух элементов, возможно растворение в одном и том же растворителе и путем замещения, и путем внедрения [4, с. 23].In alloys containing more than two elements, it is possible to dissolve in the same solvent both by substitution and by incorporation [4, p. 23].

Кристаллы, образованные различными элементами, имеющие собственный тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток, составляющих их элементов, называют промежуточной фазой. При этом в зависимости от природы элементов в промежуточных фазах может быть любой тип связи, который и определяет свойства кристаллов.Crystals formed by various elements having their own type of crystal lattice, which differs from the lattices constituting their elements, are called the intermediate phase. Moreover, depending on the nature of the elements in the intermediate phases, there can be any type of bond, which determines the properties of crystals.

Таким образом, при нанесении металлических защитных покрытий, образовании твердых растворов замещения возможна неограниченная растворимость элементов, т.е. когда при любом количественном соотношении сплавляемых элементов все разнородные атомы размещаются в узлах общей пространственной решетки, что происходит при соблюдении размерного фактора (атомные радиусы элементов покрытия отличаются не более чем на 15% от радиусов атомов элементов покрываемого сплава) и если элементы покрытия и покрываемого сплава имеют одинаковый тип кристаллической решетки.Thus, when applying metallic protective coatings and the formation of substitutional solid solutions, unlimited solubility of elements is possible, i.e. when, for any quantitative ratio of fused elements, all dissimilar atoms are located in the nodes of the general spatial lattice, which occurs subject to the dimensional factor (atomic radii of the coating elements differ by no more than 15% from the radii of the atoms of the elements of the alloy being coated) and if the elements of the coating and the alloy being coated have same type of crystal lattice.

Кроме того, при распределении разносортных атомов в узлах пространственной решетки растворов атомы элементов покрытия размещаются в узлах кристаллической решетки покрываемого сплава в совершенно определенном порядке, поэтому твердые растворы замещения называются упорядоченными. Переход из неупорядоченного состояния в упорядоченное происходит при определенной температуре или в определенном интервале температур.In addition, in the distribution of heterogeneous atoms at the sites of the spatial lattice of solutions, the atoms of the coating elements are located in the crystal lattice sites of the coated alloy in a very specific order, therefore, solid substitution solutions are called ordered. The transition from an disordered to an ordered state occurs at a certain temperature or in a certain temperature range.

При упорядочении возрастают электропроводность, температурный коэффициент электрического сопротивления, твердость и прочность, но несколько снижается пластичность сплава [4, с. 22].When ordering, the electrical conductivity, temperature coefficient of electrical resistance, hardness and strength increase, but the ductility of the alloy decreases slightly [4, p. 22].

В противном случае при нанесении покрытий будут образовываться механические смеси покрываемого сплава и покрытия, что приведет к быстрому растрескиванию и отслоению покрытий в процессе эксплуатации.Otherwise, during coating, mechanical mixtures of the coated alloy and coating will form, which will lead to rapid cracking and delamination of the coatings during operation.

Твердые растворы внедрения возникают при сплавлении переходных металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус, О, Ν.Ο.Β. образуя оксиды, нитриды, карбиды, бориды.Interstitial solid solutions arise in the fusion of transition metals with non-metals having a small atomic radius, O, Ν.Ο.Β. forming oxides, nitrides, carbides, borides.

Поэтому при нанесении защитных покрытий из сплавов металлов с неметаллами (оксидов, нитридов, карбидов, боридов) необходимо, чтобы радиус атома металла, входящего в состав покрытия, отличался бы не более чем на 15% от радиуса атомов элементов, входящих в состав сплава лопатки, и имел бы одинаковый тип кристаллической решетки, что будет способствовать образованию твердого раствора замещения металла покрытия и элементов лопатки. Неметаллы, входящие в состав покрытий, будут образовывать твердые растворы внедрения как с атомами металла покрытия, так и с металлами на поверхности лопатки.Therefore, when applying protective coatings of metal alloys with non-metals (oxides, nitrides, carbides, borides), it is necessary that the radius of the metal atom included in the coating composition differs by no more than 15% from the radius of the atoms of the elements included in the alloy blade, and would have the same type of crystal lattice, which would contribute to the formation of a solid solution of substitution of the coating metal and the elements of the blade. The non-metals that make up the coatings will form solid interstitial solutions with both the metal atoms of the coating and the metals on the surface of the scapula.

Таким образом, на поверхности лопатки (растворителе) будут образовываться растворы путем замещения и путем внедрения.Thus, solutions will form on the surface of the blade (solvent) by substitution and by incorporation.

Задачей изобретения является повышение ресурса, термической и структурной стойкости покрытий лопаток газотурбинных в процессе циклических нагрузок при эксплуатации.The objective of the invention is to increase the resource, thermal and structural resistance of the coatings of gas turbine blades during cyclic loads during operation.

Поставленная задача достигается тем, что при электронно-плазменном способе нанесения защитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей, состоящих из металлов, осуществляется выбор элементов сплава при соблюдении размерного фактора, чтобы атомные радиусы элементов покрытия отличались бы не более чем на 15% от радиусов атомов элементов сплава лопаток и имели бы одинаковый тип кристаллической решетки, в результате чего разнородные атомы покрытия будут размещаться в узлах общей пространственной решетки, что приводит к упорядочению, образованию твердого раствора замещения, а при покрытиях, состоящих из металлов и неметаллов, необходим такой подбор металла, чтобы его радиус атома также отличался бы не более чем на 15% от радиуса атомов элементов, входящих в состав сплава лопаток, и имел бы одинаковый тип кристаллический решетки, образуя при этом твердый раствор замещения, а отношение радиусов атомов неметаллов к радиусам атомов металлов покрытия было бы В нмм<0,59, тогда атомы неметаллов, имея малый радиус, будут проникать в поры решетки покрытия, образуя твердый раствор внедрения.The problem is achieved in that with the electron-plasma method of applying protective coatings to the blades of gas turbine engines made of metals, the selection of alloy elements is carried out subject to the dimensional factor, so that the atomic radii of the coating elements differ by no more than 15% from the radii of the atoms of the alloy elements blades and would have the same type of crystal lattice, as a result of which heterogeneous coating atoms would be located at the nodes of the common spatial lattice, which leads to ordering, about the formation of a substitutional solid solution, and for coatings consisting of metals and nonmetals, such a selection of metal is necessary that its atomic radius also differs by no more than 15% from the radius of the atoms of the elements that make up the blade alloy and have the same type of crystalline lattice, thus forming a substitutional solid solution, and the ratio of the radii of non-metal atoms to the radii of the metal atoms of the coating would be In nm / V m <0.59, then the non-metal atoms, having a small radius, will penetrate the pores of the coating lattice, forming a solid solution implementation.

- 2 012224- 2 012224

Если отношение радиусов атомов неметаллов к радиусам атомов металлов было бы К м>0,59, то атомы неметаллов не могли бы размещаться в порах решетки, в результате образуются сложные пространственные решетки с большим числом атомов в элементарной ячейке, что приводит к неустойчивости [4, с. 24].If the ratio of the radii of non-metal atoms to the radii of metal atoms would be K m > 0.59, then non-metal atoms could not be located in the pores of the lattice, resulting in complex spatial lattices with a large number of atoms in the unit cell, which leads to instability [4, from. 24].

Рассмотрим состав сплавов лопаток газотурбинных двигателей и их покрытий [5, с. 188-195, 504505], которые применяются до настоящего времени с точки зрения размерного фактора (радиуса атомов) и типа кристаллической решетки [6, с. 96-101, 7, с. 24-25, 46-63], табл.1.Consider the composition of the alloys of the blades of gas turbine engines and their coatings [5, p. 188-195, 504505], which are used to date from the point of view of the size factor (radius of atoms) and the type of crystal lattice [6, p. 96-101, 7, p. 24-25, 46-63], table 1.

Для изготовления лопаток широко используется сплав ΙΝ 738 [5, с. 188, 190], который состоит из элементов, приведенных в табл. 1.For the manufacture of blades, alloy ΙΝ 738 is widely used [5, p. 188, 190], which consists of the elements shown in table. one.

Таблица 1Table 1

Сплав Ш 738Alloy W 738

Составляющие элементы Constituent elements Сг SG Мо Mo XV XV А1 A1 Τί Τί Та That Ζγ Ζγ N6 N6 Со With В IN С FROM N1 N1 Содержание % % Content 16,0 16,0 1,7 1.7 2.6 2.6 3,4 3.4 3,4 3.4 1,7 1.7 0.1 0.1 09 09 8,5 8.5 0,01 0.01 0,17 0.17 61,52 61.52 Радиус атома* Ζ Atom radius * Ζ 1,27 1.27 1,37 1.37 1,38 1.38 1,43 1.43 1,45 1.45 1,45 1.45 1,60 1,60 1,45 1.45 1,30 1.30 0,98 0.98 0,914 0.914 1,24 1.24 Тип кристалл, решетки Type crystal lattice Куб, Cube Куб. Cube Куб. Cube Куб. Cube Гекс, Hex Куб. Cube Гекс. Hex Куб. Cube Гекс, Hex Мон. Mon Куб. Cube Гекс. Hex

Основу сплава ΙΝ 738 составляет никель N1 - 61,52%, атомный радиус которого 1,24 А, а тип кристаллической решетки гексагональный. Размерный фактор - отличие не более чем 15% от радиуса атома составит ±0,186 А. Следовательно, могут образовать с Νί-основой твердый раствор замещения лишь те элементы, которые имеют радиус атома не более 1,426 А и не менее 1,054 А. В этот интервал входят лишь элементы Сг, Мо, и Со.The base of alloy ΙΝ 738 is nickel N1 - 61.52%, whose atomic radius is 1.24 A, and the type of crystal lattice is hexagonal. Size factor - the difference is not more than 15% from the radius of the atom will be ± 0.186 A. Therefore, only those elements that have an atomic radius of not more than 1.426 A and not less than 1.054 A can form a substitutional solid solution with the основой-base only the elements Cr, Mo, and Co.

Отношение радиусов атомов неметаллов (углерода С и бора В) к радиусам атома основного элемента сплава - никеля N1 - в данном случае будет К нмм<59, поэтому атомы неметаллов не могут размещаться в порах кристаллической решетки, что является причиной образования сложной пространственной решетки с большим числом атомов в элементарной ячейки [4, с. 24].The ratio of the radii of the atoms of non-metals (carbon C and boron B) to the radii of the atom of the main element of the alloy - nickel N1 - in this case will be K nm / K m <59, therefore, non-metal atoms cannot be located in the pores of the crystal lattice, which is the reason for the formation of complex spatial lattices with a large number of atoms in the unit cell [4, p. 24].

Кроме того, атомные радиусы элементов сплава Τι, Та, Ζγ и N6 не входят в интервал размерного фактора основы сплава N1, поэтому, естественно, будут образовываться механические смеси с весьма сложной пространственной решеткой, которые будут обладать более низкими ресурсными свойствами.In addition, the atomic radii of the elements of the Τι, Ta, Ζγ, and N6 alloy are not included in the interval of the size factor of the base of the N1 alloy, therefore, naturally, mechanical mixtures with a very complex spatial lattice will be formed, which will have lower resource properties.

Рассмотрим защитные покрытия для сплава Ш 738, применяемые в эксплуатации, на основе кобальта [5, с. 189, табл. 10.3], табл.2.Let us consider protective coatings for alloy Ш 738 used in operation based on cobalt [5, p. 189, tab. 10.3], table 2.

Таблица 2table 2

Составляющие элементы Constituent elements Сг SG А1 A1 Υ Υ Со With Содержание % % Content 29 29th 6 6 1 one 64 64 Радиуса атома, А0 The radius of the atom, A 0 . 1,27 . 1.27 1,43 1.43 1,80 1.80 1,30 1.30 Тип кристаллической решетки Type of crystal lattice гекс. hex. куб. cube гекс. hex. гекс. hex.

Размерный фактор - отличие не более чем 15% от радиуса атома кобальта составит ±0,195 А. Следовательно, твердый раствор замещения могут образовывать элементы, радиусы атомов которых составляют 1,05-1,495 А.Size factor - the difference is not more than 15% from the radius of the cobalt atom is ± 0.195 A. Therefore, elements with atomic radii of 1.05-1.495 A can form a solid substitution solution.

В этот интервал входят лишь элементы Сг и А1, а с Υ будет образовываться механическая смесь.Only Cg and A1 elements enter this interval, and with Υ a mechanical mixture will form.

Размер радиуса кобальта - основы покрытия - близок к размеру радиуса никеля - основы сплава лопатки, и они имеют одинаковый гексагональный тип кристаллической решетки. Поэтому при нанесении покрытия будет образовываться сложная структура, образующая как твердый раствор замещения, так и чисто механическую смесь, которые могут располагаться хаотически отдельными зонами, что не будет способствовать термической и структурной стойкости покрытия.The size of the radius of cobalt - the base of the coating - is close to the size of the radius of nickel - the base of the alloy of the blade, and they have the same hexagonal type of crystal lattice. Therefore, when applying the coating, a complex structure will form, forming both a substitutional solid solution and a purely mechanical mixture, which can be located randomly in separate zones, which will not contribute to the thermal and structural stability of the coating.

Список источниковList of sources

1. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей. Под редакцией А.Г. Братухина, Г.К. Язова, Б.Е. Карасева. М., Машиностроение, 1997, с. 131 (прототип).1. Modern technologies in the production of gas turbine engines. Edited by A.G. Bratukhina, G.K. Yazova, B.E. Karaseva. M., Engineering, 1997, p. 131 (prototype).

2. Абусдель А.М., Ильинкова Т.А., Лунев А.Н. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах. I Термобарьерный слой. М., Изв. вузов, Авиационная техника, № 4, 2005, с. 60-64.2. Abusdel A.M., Ilinkova T.A., Lunev A.N. The use of thermal barrier coatings in modern gas turbines. I Thermal barrier layer. M., Izv. Universities, Aviation Engineering, No. 4, 2005, p. 60-64.

3. Технология металлов и конструкционные материалы. Под редакцией Б.А.Кузьмина. М., Машиностроение. 1984, с. 20-26.3. Technology of metals and structural materials. Edited by B.A. Kuzmin. M., Mechanical Engineering. 1984, p. 20-26.

4. Материаловедение. Под редакцией Б.Н. Арзамасова. М., Машиностроение, 1986, с. 20-30.4. Material science. Edited by B.N. Arzamasova. M., Engineering, 1986, p. 20-30.

5. Елисеев Ю.С., Абрамов Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. М., Высшая школа. 1999, с. 189-195, 504-505.5. Eliseev Yu.S., Abramov N.V., Krymov V.V. Chemical-thermal treatment and protective coatings in aircraft engine building. M., High School. 1999, p. 189-195, 504-505.

6. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., Мир, 1976, с. 96-101.6. Gordon A., Ford R. Sputnik chemist. M., World, 1976, p. 96-101.

7. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев, Наукова Думка, 1973, с. 24-25, 46-63.7. Goronovsky I.T., Nazarenko Yu.P., Nekryach E.F. A quick reference to chemistry. Kiev, Naukova Dumka, 1973, p. 24-25, 46-63.

Claims (1)

Способ получения защитных покрытий на лопатках газотурбинных двигателей, осуществляемый электронно-плазменным нанесением многокомпонентных покрытий, отличающийся тем, что покрытия, состоящие из металлов, подбирают с соблюдением размерного фактора, чтобы атомные радиусы элементов сплава покрытия отличались не более чем на 15% от радиуса атомов металла основы сплава лопатки и чтобы элементы покрытия имели одинаковый тип кристаллической решетки с металлом основной лопатки, а при покрытиях, состоящих из металлов и неметаллов, чтобы отношения радиусов атомов неметаллов к радиусам атомов металлов было В нм <0,59В м и чтобы радиусы атомов металлов в составе покрытия отличались не более чем на 15% от радиусов атома металла основы сплава лопатки и имели с ним одинаковый тип кристаллической решетки.The method of producing protective coatings on the blades of gas turbine engines, carried out by electron-plasma deposition of multicomponent coatings, characterized in that the coatings consisting of metals are selected in accordance with the dimensional factor, so that the atomic radii of the elements of the coating alloy differ by no more than 15% from the radius of the metal atoms the basis of the blade alloy and that the coating elements have the same type of crystal lattice with the metal of the main blade, and for coatings consisting of metals and non-metals, so that the ratio with a radius of nonmetallic atoms to metal atoms had radius in nm <0,59V m and the radii of the metal atoms in the coating composition differed by no more than 15 atom% of the metal alloy blade radius bases, and have them the same crystal lattice type.
EA200800146A 2007-07-06 2007-11-07 Method for producing protective coatings on the gas turbine blades EA012224B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AZA20070173 2007-07-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200800146A1 EA200800146A1 (en) 2009-02-27
EA012224B1 true EA012224B1 (en) 2009-08-28

Family

ID=40849073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200800146A EA012224B1 (en) 2007-07-06 2007-11-07 Method for producing protective coatings on the gas turbine blades

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA012224B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2065505C1 (en) * 1992-09-10 1996-08-20 Акционерное общество "Моторостроитель" Turbine blade and method for its manufacture
RU2283365C2 (en) * 2004-11-29 2006-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of protection of turbine rotor blades

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2065505C1 (en) * 1992-09-10 1996-08-20 Акционерное общество "Моторостроитель" Turbine blade and method for its manufacture
RU2283365C2 (en) * 2004-11-29 2006-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of protection of turbine rotor blades

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Eliseev Yu.S. i dr. "Khimiko-termicheskaya obrabotka i zaschitnye pokrytiya v aviadvigatelestroenii", M., Vysshaya shkola, 1999, s. 164, 184-189 *
Materialovedenie. Pod red. B.N. Arzamasova, M., Mashinostroenie, 1986, str.21-26 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA200800146A1 (en) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garcia et al. Crystallization behavior of air-plasma-sprayed ytterbium-silicate-based environmental barrier coatings
Ghasemi et al. Laser glazing of plasma-sprayed nanostructured yttria stabilized zirconia thermal barrier coatings
US11739410B2 (en) Thermal barrier coatings
Schmitt et al. Multilayer thermal barrier coating (TBC) architectures utilizing rare earth doped YSZ and rare earth pyrochlores
Li et al. Oxidation and crack healing behavior of a fine‐grained Cr 2 AlC ceramic
US20210323868A1 (en) Functional barrier coating and related methods thereof
Khan et al. Behavior of air plasma sprayed thermal barrier coatings, subject to intense thermal cycling
Kelly et al. Thermal barrier coatings design with increased reflectivity and lower thermal conductivity for high‐temperature turbine applications
Shen et al. Morphological evolution and failure of LZC/YSZ DCL TBCs by electron beam-physical vapor deposition
Chen et al. Thermal stability of air plasma spray and solution precursor plasma spray thermal barrier coatings
Zhang et al. Effect of hot-dip siliconizing time on phase composition and microstructure of Mo–MoSi2 high temperature structural materials
UA74150C2 (en) method fOR formING thermal barrier coating (VARIANTS) and thermal barrier coating
Zhang et al. Oxidation behavior of (Mo, W) Si2–Si3N4 composite coating on molybdenum substrate at 1600° C
Perepezko et al. Extended functionality of environmentally-resistant Mo-Si-B-based coatings
Chen et al. Epitaxial growth and cracking mechanisms of thermally sprayed ceramic splats
Szkaradek Laser melted ZrO2–Y2O3 thermal barrier obtained by plasma spraying method
Tong et al. Rhenium coating prepared on carbon substrate by chemical vapor deposition
Chen et al. The effect of reactive element species and concentrations on the isothermal oxidation of β-NiAl coating fabricated by spark plasma sintering
Brupbacher et al. Synthesis and characterization of binder-free Cr3C2 coatings on nickel-based alloys for molten fluoride salt corrosion resistance
JP4023964B2 (en) Thermal insulation coating with low thermal conductivity, metal parts protected by thermal insulation coating, and method for depositing thermal insulation coating
Zhang et al. Spray power-governed microstructure and composition, and their effects on properties of lanthanum-cerium-tantalum-oxide thermal barrier coating
Wang et al. Ceramic fibers reinforced functionally graded thermal barrier coatings
Yang et al. Epitaxial grain growth during splat cooling of alumina droplets produced by atmospheric plasma spraying
EA012224B1 (en) Method for producing protective coatings on the gas turbine blades
Rai et al. Comparison of single-phase and two-phase composite thermal barrier coatings with equal total rare-earth content

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AZ BY KZ KG TJ RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): BY

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ BY KZ RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AZ BY KZ RU

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ BY KZ RU

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ BY KZ RU