RU2325467C2 - Способ получения создающего термический барьер покрытия - Google Patents

Способ получения создающего термический барьер покрытия Download PDF

Info

Publication number
RU2325467C2
RU2325467C2 RU2005112706/02A RU2005112706A RU2325467C2 RU 2325467 C2 RU2325467 C2 RU 2325467C2 RU 2005112706/02 A RU2005112706/02 A RU 2005112706/02A RU 2005112706 A RU2005112706 A RU 2005112706A RU 2325467 C2 RU2325467 C2 RU 2325467C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
powder
coating
powder particles
substrate
Prior art date
Application number
RU2005112706/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005112706A (ru
Inventor
Ян ВИГРЕН (SE)
Ян ВИГРЕН
Матс-Улаф ХАНССОН (SE)
Матс-Улаф ХАНССОН
Original Assignee
Вольво Аэро Корпорейшн
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
Priority claimed from SE0202833A external-priority patent/SE525925C2/sv
Application filed by Вольво Аэро Корпорейшн filed Critical Вольво Аэро Корпорейшн
Publication of RU2005112706A publication Critical patent/RU2005112706A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2325467C2 publication Critical patent/RU2325467C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C23C28/321—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
    • C23C28/3215—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 at least one MCrAlX 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
    • C23C28/34—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
    • C23C28/345—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 at least one oxide 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
    • C23C28/34—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
    • C23C28/345—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 at least one oxide layer
    • C23C28/3455—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 at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к керамическому создающему термический барьер покрытию (СТБП) и может быть использовано при изготовлении турбинных лопаток или поверхности камеры сгорания газотурбинного двигателя. Способ включает термическое нанесение керамического СТБП, содержащего по меньшей мере два слоя частиц порошка, на подложку или на промежуточное связующее покрытие, расположенное между подложкой и СТБП, путем термического напыления порошка СТБП. Частицы порошка, образующие прилегающий к подложке или связующему покрытию слой, имеют микроструктуру, отличную от микроструктуры частиц порошка, используемых для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку или на уже покрытое первым слоем промежуточное связующее покрытие. Для нанесения первого слоя СТБП используют частицы порошка с меньшей пористостью, чем у частиц порошка, которые используют для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку. У полученного СТБП первый внутренний слой имеет отличную от его второго наружного слоя микроструктуру. Получают покрытие, обладающее низкой теплопроводностью и малым весом, с достаточно высокой механической прочностью. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к керамическому создающему термический барьер покрытию (СТБП), наносимому непосредственно на металлическую подложку либо на промежуточное связующее покрытие, нанесенное на такую подложку.
Более конкретно изобретение относится к способу получения керамического СТБП, предпочтительно путем порошкового термического напыления, непосредственно на подложку или на промежуточное связующее покрытие между этой подложкой и СТБП.
Изобретение относится также к любой металлической подложке или любому металлическому изделию с таким СТБП. Так, в частности, такая подложка или такое изделие может представлять собой работающий при высокой температуре конструктивный элемент, например турбинную лопатку или поверхность камеры сгорания газотурбинного двигателя.
Необходимость в увеличении рабочей температуры газотурбинных двигателей потребовала разработки специальных керамических создающих термический барьер покрытий (СТБП), которые наносят на металлические детали, например на работающие при высоких температурах турбинные лопатки. Такие СТБП предназначены для тепловой изоляции металлических деталей и позволяют продлить срок их службы и предотвратить их быстрый износ из-за воздействия высоких температур.
Обычно для повышения качества соединения СТБП с металлической подложкой на нее наносится промежуточное связующее покрытие, например, из MCrAlY. Затем на это промежуточное покрытие соответствующим способом наносят СТБП, например, термическим (предпочтительно лазерным) напылением, конденсацией из паровой фазы (КПФ) или химическим осаждением из паровой фазы (ХПН).
В частности, один из таких способов получения СТБП раскрыт в ЕР 0605196, в котором осуществляют термическое нанесение керамического СТБП, содержащего два слоя частиц порошка, на промежуточное связующее покрытие, расположенное между подложкой и СТБП, путем термического напыления порошка СТБП. Однако получаемое СТБП не обеспечивает сочетание минимальной теплопроводности и в то же время хороших термомеханических свойств, таких как термостойкость и усталостная прочность, при небольшой толщине во избежание увеличения веса и размеров деталей.
В основу настоящего изобретения была положена задача предложить керамическое создающее термический барьер покрытие и способ его получения, который позволял бы получать обладающее низкой теплопроводностью и малым весом покрытие с достаточно высокой механической прочностью.
Способ нанесения такого покрытия должен быть достаточно простым в осуществлении, легко воспроизводимым и обеспечивающим эффективное нанесение покрытия на подложку в промышленных (а не только в лабораторных) условиях.
Предлагаемое в изобретении создающее термический барьер покрытие можно использовать в качестве теплоизоляционного материала на металлических конструктивных элементах, работающих в тяжелых температурных условиях, таких как турбинные лопатки и камера сгорания.
Посредством предлагаемого в изобретении способа можно получить керамическое создающее термический барьер покрытие (СТБП) указанного в начале описания типа, которое характеризуется тем, что оно состоит по меньшей мере из двух слоев, при этом первый - внутренний - слой, который непосредственно нанесен на подложку или на связующее покрытие, имеет микроструктуру, отличную от микроструктуры второго - наружного - слоя. Достигается это за счет соответствующей модификации параметров процесса нанесения покрытия. В изобретении предлагается также предпочтительный способ нанесения покрытия, который подробно описан ниже.
В предпочтительном варианте различная микроструктура двух слоев означает различное относительное количество, распределение и даже ориентацию пор первого слоя по сравнению со вторым слоем. В наиболее предпочтительном варианте первый слой имеет меньшую пористость, т.е. меньшее относительное содержание пор, чем второй слой.
Второй слой обладает более низкой теплопроводностью, чем первый слой, который при этом имеет большую прочность, причем различие в теплопроводности и прочности слоев определяется различием их микроструктуры. Первый слой предназначен для придания керамическому СТБП достаточной механической прочности и обеспечения хорошей его адгезии к подложке. При своей относительно высокой пористости второй слой обладает исключительно низкой теплопроводностью. Второй слой покрытия предпочтительно выполняют наружным, непосредственно подверженным воздействию факторов окружающей среды.
В предпочтительном варианте первый и второй слои имеют одинаковый химический состав. Сказанное означает, по существу, равное содержание в первом и втором слоях основных компонентов или элементов, например диоксида циркония и диспрозия. Точное соотношение элементов в первом и втором слоях ТСП может быть разным, но предпочтительно должно быть одинаковым.
В предпочтительном варианте СТБП содержит стабилизированный диоксид циркония, представленный в виде ZrO2, обычно четырехугольный или кубический стабилизированный диоксид циркония. Стабилизация диоксида циркония осуществляется с помощью любого известного специалистам стабилизатора, например, любого оксида металла, выбранного из группы, включающей оксиды эрбия, неодима, гадолиния, иттрия, кальция, магния, индия, скандия, иттербия и их смеси.
В состав СТБП может также входить любой оксид металла, содержащий любой четырехвалентный ион, выбранный из группы, включающей диоксид гафния, диоксид церия, диоксид урана и их смеси.
В состав СТБП может также входить любой оксид металла, выбранный из группы, включающей оксид никеля, оксид кобальта и оксид хрома.
В предпочтительном варианте диоксид циркония стабилизируют оксидом диспрозия DyO2. Обычно на долю оксида диспрозия приходится от 2 до 30 мас.%, предпочтительно от 10 до 20 мас.%.
Толщина второго слоя должна быть больше толщины первого слоя и составляет от 10 до 100 мкм, предпочтительно от 40 до 75 мкм.
Получаемое в настоящем изобретении СТБП может наноситься на металлическую подложку.
Необходимо отметить, что между металлической подложкой и СТБП может находиться связующее покрытие. Такое покрытие представляет собой нанесенный на металлическую подложку слой оксида металла, предпочтительно алюминия. Связующее покрытие может также представлять собой слой алюминида, платинаалюминида, сплава MCrAlY или другого алюмосодержащего сплава, нанесенного на металлическую подложку, а затем покрытого слоем оксида металла, предпочтительно алюминия.
Обычно металлическую подложку изготавливают из никелевого или кобальтового сверхпрочного сплава.
Поставленная в изобретении задача решается с помощью предлагаемого в нем способа получения СТБП, включающего термическое нанесение керамического СТБП, содержащего по меньшей мере два слоя частиц порошка, на подложку или на промежуточное связующее покрытие, расположенное между подложкой и СТБП, путем термического напыления порошка СТБП, при этом частицы порошка, образующие прилегающий к подложке или связующему покрытию слой, имеют микроструктуру, отличную от микроструктуры частиц порошка, используемых для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку или на уже покрытое первым слоем промежуточное связующее покрытие. Согласно предлагаемому способу для нанесения первого слоя СТБП используют частицы порошка с меньшей пористостью, чем у частиц порошка, которые используют для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку, при этом у полученного СТБП первый - внутренний - слой имеет отличную от его второго - наружного - слоя микроструктуру.
Предпочтительно, чтобы частицы порошка, используемые для нанесения первого слоя СТБП, имели меньшую пористость, чем частицы порошка, используемые для нанесения второго слоя СТБП на уже покрытую первым слоем подложку.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения частицы порошка, используемые для нанесения первого слоя СТБП, имеют плотную спеченную структуру. При нанесении покрытия предлагаемым в изобретении способом такую структуру частиц порошка получают спеканием соответствующих агломератов из зерен порошка.
Частицы порошка, используемые для нанесения второго слоя СТБП, предпочтительно должны иметь пористую структуру. При этом каждая частица порошка должна содержать агломерат из зерен порошка в оболочке или покрытии из расплавленного порошкового материала. Такую микроструктуру получают HOSP-обработкой агломератов зерен порошка, которую включают в качестве соответствующей стадии в предлагаемый в настоящем изобретении способ нанесения покрытия.
Агломераты из спеченных или HOSP-обработанных зерен порошка обычно получают путем погружения партии порошка с размером зерен от 0,5 до 5 мкм, предпочтительно от 1 до 2 мкм, в жидкую смесь, содержащую связующее, и последующей сушки в условиях, при которых в процессе высыхания жидкости образуются агломераты диаметром от 10 до 150 мкм.
Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже в последующей части описания.
Ниже изобретение поясняется со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичное увеличенное изображение в разрезе механического изделия из сверхпрочного сплава с предлагаемым в изобретении керамическим создающим термический барьер покрытием, и
на фиг.2 - схематичное изображение в разрезе устройства, предназначенного для нанесения предлагаемого в изобретении покрытия предлагаемым в изобретении способом.
Показанное на фиг.1 механическое изделие имеет керамическое создающее термический барьер покрытие (СТБП) 1, которое нанесено на изготовленную из сверхпрочного сплава металлическую подложку 2 предлагаемым в настоящем изобретении способом. Подложка 2 покрыта также промежуточным металлическим слоем 3 или связующим покрытием 3, нанесенным на подложку 2 любым известным методом (КПФ, ХПН, термическим распылением и т.д.).
Связующее покрытие 3 можно нанести из коррозионностойкого и стойкого против окисления алюминиевого сплава типа MCrAlY (где М обозначает никель и/или кобальт, и/или железо) или из никель- либо кобальталюминида, возможно модифицированного добавкой хрома и/или одного или нескольких благородных металлов, выбранных из платины, палладия, рутения, иридия, осмия и родия.
Керамическое СТБП состоит в основном из диоксида циркония, а также оксида диспрозия, предназначенного для стабилизации диоксида циркония и уменьшения теплопроводности керамики. Для дальнейшего снижения теплопроводности керамики в состав покрытия можно дополнительно включить оксид металла, содержащий четырехвалентный ион металла, имеющий атомную массу, превышающую атомную массу ионов циркония. Четырехвалентным ионом металла может служить церий, гафний или уран.
Керамическое СТБП состоит из двух отдельных слоев, имеющих, по существу, одинаковый химический состав. Первый слой 4 нанесен на связующее покрытие 3, а второй - наружный - слой 5 нанесен на первый слой. Первый слой 4, который обладает относительно большей плотностью и поэтому хорошей адгезией к связующему покрытию, имеет и более высокую механическую прочность, чем второй слой 5.
Второй слой 5 по сравнению с первым слоем 4 имеет более открытую, пористую структуру. Благодаря своей пористой структуре второй слой имеет более низкую теплопроводность, чем первый слой. При этом из-за более высокой теплопроводности второго слоя его термостойкость значительно ниже, чем у первого слоя 4.
Имеющие различную микроструктуру первый и второй слои дополняют друг друга и по-разному влияют на механическую прочность и теплопроводность покрытия.
Иными словами, структура первого порошка определяется свойствами керамики, которая образует первый слой 4, а структура второго порошка - свойствами керамики, которая образует второй слой 5.
Предлагаемое в изобретении керамическое СТБП наносят путем плазменного напыления. Для плазменного нанесения керамического покрытия используется устройство 6, схематично показанное на фиг.2. Устройства типа показанного на чертеже устройства 6, имеющего анод 7, внутри которого расположен катод 8 и который образует сопло для выхода газов, хорошо известны и поэтому не требуют подробного описания. Анод 7, катод 8 и поток газов, выходящих из сопла, создают электрическую дугу и плазменную струю 9. Для подачи потока частиц 12 порошка в плазменную струю 9 предназначено устройство 10. Струя 9, которая направлена на подложку 13, переносит частицы 12 порошка на поверхность подложки 13 и по меньшей мере частично расплавляет их.
В соответствии с изобретением первый слой 4 СТБП формируется на подложке 2 или нанесенном на нее связующем покрытии 3 путем подачи в струю 9 относительно плотных, предварительно спеченных частиц 12 порошка. Частицы 12 порошка, используемые для получения первого слоя 4, получают описанным выше методом, в частности агломерацией и спеканием.
Частицы 12 для образования первого слоя или по меньшей мере их существенная, предпочтительно преобладающая, часть полностью или почти полностью плавятся до удара о подложку 2 или связующее покрытие 3 и образуют плотный, не имеющий пор слой 4. Плотным считается слой, пористость которого, измеренная на оптическом микроскопе с 200-кратным увеличением, не превышает 5%.
Затем формируют второй слой 5 нанесением на первый слой частиц 12 порошка с микроструктурой, отличающейся от микроструктуры первого порошка. Частицы порошка для получения второго слоя имеют пористую, более открытую структуру, чем частицы порошка для получения первого слоя. Для изготовления частиц порошка для получения второго слоя предпочтительно использовать описанные выше широко известные методы, т.е. агломерацию и HOSP-процесс (от англ. "Homogeneous Oven Spherical Powder" - процесс получения гомогенного сферического порошка сжиганием), который хорошо известен из уровня техники.
Частицы 12 порошка для получения второго слоя 5 только частично расплавляются до удара о первый или любой промежуточный слой. Плазменная струя 9 предпочтительно должна расплавлять только или преимущественно предварительно образовавшуюся на агломерированных частицах порошка оболочку или покрытие. В результате на первом слое покрытия образуется пористый второй слой 5, пористость которого является слоистой, а поры уплотнены в плоскости, по существу, параллельной плоскости расположенных ниже слоев 2, 3, 4. Пористость второго слоя превышает 5%, в отличие от первого слоя, у которого она не превышает 5%.
Для упрощения всей процедуры нанесения покрытия необходимо правильно задать параметры процесса напыления покрытия. К таким параметрам относятся сила тока (напряжение), расход газа и расход, температура, скорость и размер частиц порошка, а также расположение места подачи порошка (относительно плазменной струи и расстояния до подложки) и температура подложки.
От этих параметров зависят такие свойства покрытия, как микроструктура, твердость, прочность, остаточные напряжения и т.д., которые, в свою очередь, влияют на надежность и долговечность керамического СТБП и металлической подложки или изделия 2 с нанесенным на нее, соответственно него покрытием.
В заключение необходимо подчеркнуть, что приведенное выше описание лишь иллюстрирует на конкретном примере предпочтительный вариант осуществления изобретения и не исключает возможности других, альтернативных вариантов его осуществления. Однако объем настоящего изобретения определяется его формулой в сочетании с приведенным выше описанием и приложенными к нему чертежами.

Claims (11)

1. Способ получения создающего термический барьер покрытия (СТБП) (1), включающий термическое нанесение керамического СТБП, содержащего по меньшей мере два слоя (4, 5) частиц порошка, на подложку (2) или на промежуточное связующее покрытие (3), расположенное между подложкой (2) и СТБП, путем термического напыления порошка СТБП, при этом частицы порошка, образующие прилегающий к подложке (2) или связующему покрытию (3) слой (4), имеют микроструктуру, отличную от микроструктуры частиц порошка, используемых для последующего нанесения второго слоя (5) на уже покрытую первым слоем подложку (2) или на уже покрытое первым слоем промежуточное связующее покрытие (3), отличающийся тем, что для нанесения первого слоя (4) СТБП используют частицы порошка с меньшей пористостью, чем у частиц порошка, которые используют для последующего нанесения второго слоя (5) на уже покрытую первым слоем подложку (2), при этом у полученного СТБП первый внутренний слой (4) имеет отличную от его второго наружного слоя (5) микроструктуру.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы порошка, используемые для нанесения первого слоя (4) СТБП, имеют плотную спеченную структуру.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы порошка получают спеканием агломератов зерен порошка.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы порошка, используемые для нанесения второго слоя (5) СТБП, имеют пористую структуру.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждая частица порошка содержит агломерат зерен порошка, окруженный оболочкой из расплавленного порошкового материала.
6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что частицы порошка получают HOSP - обработкой (процесс получения гомогенного сферического порошка сжиганием) агломератов зерен порошка.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый и второй слои (4, 5) керамического СТБП имеют одинаковый химический состав.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что СТБП содержит стабилизированный, предпочтительно оксидом диспрозия, диоксид циркония.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр частиц порошка составляет от 10 до 150 мкм.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр зерен порошка, образующих частицы порошка, составляет от 0,5 до 5 мкм, предпочтительно от 1 до 2 мкм.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что СТБП наносят плазменным напылением.
RU2005112706/02A 2002-09-25 2003-09-17 Способ получения создающего термический барьер покрытия RU2325467C2 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31957302P 2002-09-25 2002-09-25
SE0202833-0 2002-09-25
US60/319,573 2002-09-25
SE0202833A SE525925C2 (sv) 2002-09-25 2002-09-25 Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005112706A RU2005112706A (ru) 2006-05-27
RU2325467C2 true RU2325467C2 (ru) 2008-05-27

Family

ID=32044761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005112706/02A RU2325467C2 (ru) 2002-09-25 2003-09-17 Способ получения создающего термический барьер покрытия

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1549782A1 (ru)
JP (1) JP4616648B2 (ru)
AU (1) AU2003265038A1 (ru)
RU (1) RU2325467C2 (ru)
WO (1) WO2004029330A1 (ru)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445199C2 (ru) * 2010-03-25 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ упрочнения блока сопловых лопаток турбомашин из никелевых и кобальтовых сплавов
RU2479666C1 (ru) * 2011-12-22 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ формирования теплозащитного покрытия на деталях газовых турбин из никелевых и кобальтовых сплавов
RU2479669C2 (ru) * 2010-09-13 2013-04-20 Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" Способ получения теплозащитного покрытия
RU2496911C2 (ru) * 2011-12-13 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ получения теплозащитного покрытия на детали газовой турбины из никелевого или кобальтового сплава
RU2600781C2 (ru) * 2011-03-07 2016-10-27 Снекма Способ выполнения теплового барьера в многослойной системе защиты металлической детали и деталь, снабженная такой защитной системой
RU2600636C2 (ru) * 2015-03-04 2016-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония
RU2613005C1 (ru) * 2015-12-03 2017-03-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" Материал керамического слоя теплозащитного покрытия
RU2659522C2 (ru) * 2012-11-15 2018-07-02 Зе Боинг Компани Способ металлизации в форме композитных структур
RU2697758C1 (ru) * 2019-01-14 2019-08-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ нанесения жаростойких покрытий y-мо-о из плазмы вакуумно-дугового разряда

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7326470B2 (en) 2004-04-28 2008-02-05 United Technologies Corporation Thin 7YSZ, interfacial layer as cyclic durability (spallation) life enhancement for low conductivity TBCs
US7799716B2 (en) * 2006-03-03 2010-09-21 Sulzer Metco (Us), Inc. Partially-alloyed zirconia powder
WO2007112783A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Layered thermal barrier coating with a high porosity, and a component
US8372488B2 (en) * 2006-05-01 2013-02-12 General Electric Company Methods and apparatus for thermal barrier coatings with improved overall thermal insulation characteristics
CA2585992C (en) * 2006-06-08 2014-06-17 Sulzer Metco (Us) Inc. Dysprosia stabilized zirconia abradable
DE102008007870A1 (de) 2008-02-06 2009-08-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Wärmedämmschichtsystem sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US20110033284A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 United Technologies Corporation Structurally diverse thermal barrier coatings
DE102012200560B4 (de) * 2012-01-16 2014-08-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Schicht auf einer aus einer Ni-Basislegierung gebildeten Oberfläche und Gegenstand mit keramischer Schicht
US9581032B2 (en) * 2013-03-15 2017-02-28 United Technologies Corporation Coated articles and manufacture methods
DE102014222686A1 (de) * 2014-11-06 2016-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Doppellagige Wärmedämmschicht durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren
JP7228357B2 (ja) * 2018-10-04 2023-02-24 株式会社フルヤ金属 揮発抑制部品及びその製造方法
CN113930710B (zh) * 2021-10-14 2023-09-26 广东省科学院新材料研究所 一种热障涂层材料、其制备方法及应用

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4269903A (en) * 1979-09-06 1981-05-26 General Motors Corporation Abradable ceramic seal and method of making same
US4503130A (en) * 1981-12-14 1985-03-05 United Technologies Corporation Prestressed ceramic coatings
US4450184A (en) * 1982-02-16 1984-05-22 Metco Incorporated Hollow sphere ceramic particles for abradable coatings
US4576874A (en) * 1984-10-03 1986-03-18 Westinghouse Electric Corp. Spalling and corrosion resistant ceramic coating for land and marine combustion turbines
JPH0657396A (ja) * 1992-08-07 1994-03-01 Mazda Motor Corp 断熱溶射層の形成方法
CA2110007A1 (en) * 1992-12-29 1994-06-30 Adrian M. Beltran Thermal barrier coating process
JPH0967662A (ja) * 1995-08-30 1997-03-11 Toshiba Corp セラミックス被覆部材
JPH1161438A (ja) * 1997-08-27 1999-03-05 Toshiba Corp 遮熱コーティング部材及びその製造方法
US5876860A (en) * 1997-12-09 1999-03-02 N.V. Interturbine Thermal barrier coating ceramic structure
JP3371083B2 (ja) * 1998-01-21 2003-01-27 明和ゴム工業株式会社 コロナ放電処理用セラミックロール及びその製造方法
FR2798654B1 (fr) * 1999-09-16 2001-10-19 Snecma Composition de barriere thermique de faible conductivite thermique, piece mecanique en superalliage protegee par un revetement de ceramique ayant une telle composition, et methode de realisation du revetement de ceramique
JP2001342553A (ja) * 2000-06-02 2001-12-14 Osaka Gas Co Ltd 合金保護皮膜形成方法
JP3872632B2 (ja) * 2000-06-09 2007-01-24 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング材、それを適用したガスタービン部材およびガスタービン
JP3631982B2 (ja) * 2000-06-16 2005-03-23 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング材の製造方法
AU2002226001A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-18 Sulzer Metco (Us) Inc. Pre-alloyed stabilized zirconia powder and improved thermal barrier coating

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445199C2 (ru) * 2010-03-25 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ упрочнения блока сопловых лопаток турбомашин из никелевых и кобальтовых сплавов
RU2479669C2 (ru) * 2010-09-13 2013-04-20 Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" Способ получения теплозащитного покрытия
RU2600781C2 (ru) * 2011-03-07 2016-10-27 Снекма Способ выполнения теплового барьера в многослойной системе защиты металлической детали и деталь, снабженная такой защитной системой
RU2496911C2 (ru) * 2011-12-13 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ получения теплозащитного покрытия на детали газовой турбины из никелевого или кобальтового сплава
RU2479666C1 (ru) * 2011-12-22 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ формирования теплозащитного покрытия на деталях газовых турбин из никелевых и кобальтовых сплавов
RU2659522C2 (ru) * 2012-11-15 2018-07-02 Зе Боинг Компани Способ металлизации в форме композитных структур
RU2600636C2 (ru) * 2015-03-04 2016-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония
RU2613005C1 (ru) * 2015-12-03 2017-03-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" Материал керамического слоя теплозащитного покрытия
RU2697758C1 (ru) * 2019-01-14 2019-08-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ нанесения жаростойких покрытий y-мо-о из плазмы вакуумно-дугового разряда

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003265038A1 (en) 2004-04-19
EP1549782A1 (en) 2005-07-06
RU2005112706A (ru) 2006-05-27
JP2006501363A (ja) 2006-01-12
JP4616648B2 (ja) 2011-01-19
WO2004029330A1 (en) 2004-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2325467C2 (ru) Способ получения создающего термический барьер покрытия
EP1951926B1 (en) Ceramic powders and thermal barrier coatings
US20160333455A1 (en) Thermal Barrier Coating with Lower Thermal Conductivity
US7258934B2 (en) Thermal barrier coating and a method of applying such a coating
JP2001151571A (ja) 熱バリヤー組成物、熱バリヤー組成物を有するセラミック被膜を設けた超合金機械製品、およびセラミック被膜を製造する方法
Zhao et al. Restrained TGO growth in YSZ/NiCrAlY thermal barrier coatings by modified laser remelting
EP1522533B1 (fr) Cible destinée à être évaporée sous faisceau d'électrons et son procédé de fabrication.
RU2365565C2 (ru) Композиция для термического барьера, деталь машины из суперсплава с покрытием, содержащим такую композицию, керамическое покрытие и способ получения покрытия
JP2008064089A (ja) タービンエンジンの構成部品及びその製造方法
CA2284384C (fr) Revetement de barriere thermique a faible conductivite thermique, piece metallique protegee par ce revetement, procede de depot de ce revetement
US7799716B2 (en) Partially-alloyed zirconia powder
US8784944B2 (en) Plasma-spray powder manufacture technique
Wang et al. Calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) corrosion resistance of Y-Yb-Gd-stabilized zirconia thermal barrier coatings
CN109865645A (zh) 形成多孔热屏障涂层的方法
US20100028549A1 (en) Dispersion Strengthened Rare Earth Stabilized Zirconia
Ashofteh et al. Thermal shock behavior of mixed composite top coat APS TBCs
NL2018995B1 (en) Self-healing particles for high temperature ceramics
Il'yushchenko et al. Optimisation of the technology of production of multilayered thermal barrier coatings
SE525925C2 (sv) Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat
Seo et al. Effect of Particle Size Range on Thermally Grown Oxide Scale Formation on Vacuum Plasma Sprayed CoNi-and CoCrAlY Coatings

Legal Events

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

Effective date: 20130918