RU2386513C9 - Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия - Google Patents
Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386513C9 RU2386513C9 RU2008133230/02A RU2008133230A RU2386513C9 RU 2386513 C9 RU2386513 C9 RU 2386513C9 RU 2008133230/02 A RU2008133230/02 A RU 2008133230/02A RU 2008133230 A RU2008133230 A RU 2008133230A RU 2386513 C9 RU2386513 C9 RU 2386513C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- coating
- boron nitride
- sealing
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения высокотемпературного уплотнительного композиционного покрытия методом газотермического напыления при производстве газотурбинных двигателей для обеспечения стабильности зазоров в сопряженных элементах проточной части турбины. Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: гексагональный нитрид бора 5-15, алюмогель 3-6, стабилизированный диоксид циркония системы ZrO2 - 7-8% Y2O3 - остальное до 100%. При этом содержание в материале основной фракции с частицами 20-100 мкм округлой формы составляет не менее 70% от общей массы материала. Изобретение позволяет повысить качество получаемого покрытия и упростить способ его нанесения. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения высокотемпературного уплотнительного композиционного покрытия методом газотермического напыления, например, плазменного напыления, а также при производстве газотурбинных двигателей для обеспечения стабильности зазоров в сопряженных элементах проточной части турбины.
Известен уплотнительный материал (А.С. №1767926 А1, 15.08.1994, С23С 4/06), включающий рабочий слой, содержащий диоксид циркония (ZrO2), стабилизированный 5-10 мас.% оксида иттрия (Y2O3), а также нитрид бора (BN) и/или графит (С) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
стабилизированный диоксид циркония | 80-95 |
нитрид бора и/или графит | 5-20 |
Недостатком данного технического решения является то, что порошковый материал, применяемый для получения данного уплотнительного покрытия, является механической смесью порошков, в которой частицы ZrO2 и BN (или BN+C) не связаны друг с другом, т.е. не скомпактированы в гранулы. В связи с тем, что BN является мелкодисперсным тугоплавким, инертным порошком, не образующим покрытия (в чистом виде), то в процессе напыления такого порошкового материала будет происходить его расслоение на составляющие компоненты, что приведет к потере BN в полученном покрытии.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному материалу является высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия (Патент РФ №2303649 С2, 27.07.2007, С23С 4/10) - прототип, включающий нитрид бора и стабилизированный диоксид циркония. При этом композиционный материал содержит также нихромовое волокно длиной 3-5 мм, а стабилизированный диоксид циркония содержится в двух фракциях - диоксид циркония, стабилизированный 7% оксида иттрия, фракции 100-250 мкм и стабилизированный диоксид циркония активированной пылевидной фракции при следующем соотношении компонентов, мас.%:
стабилизированный диоксид циркония фракции 100-250 мкм 10- | 15 |
нитрид бора | 15-25 |
нихромовое волокно | 9-12 |
стабилизированный диоксид циркония | |
активированной пылевидной фракции | остальное |
Недостатком данного технического решения является то, что получаемое из указанного материала покрытие имеет неоднородную плотность, низкое сцепление с поверхностью основы и невысокую рабочую температуру на воздухе (до 1000°С) из-за окисления при этой температуре нихромового волокна. Помимо этого повышается трудоемкость получения исходного состава композиционного материала и уплотнительного покрытия из него, поскольку данный способ требует нанесения влажного состава на поверхность основы ручным или механизированным способом, и также последующие сушку и прессование в вакууме при нагреве до 1100°С. А кроме того, нанесение используемого в данном решении композиционного материала требует применения специального дорогостоящего оборудования и приспособлений (вакуумные печи, термофиксаторы), особенно при нанесении на крупноразмерные конструкции сложной формы.
Технический результат заявленного изобретения - повышение качества получаемого покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия, включающий гексагональный нитрид бора и стабилизированный диоксид циркония, дополнительно содержит алюмогель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гексагональный нитрид бора | 5-15 |
алюмогель | 3-6 |
стабилизированный диоксид циркония системы ZrO2-7-8%Y2O3 | остальное до 100% |
При этом содержание в композиционном материале основной фракции с частицами 20-100 мкм округлой формы может составлять не менее 70% от общей массы материала.
Наличие нитрида бора (BN) в составе композиционного материала позволяет повысить термическую стойкость покрытия и, в паре с сопрягаемым элементом ротора турбины, снизить трение материала покрытия, улучшая прирабатываемость последнего.
При содержании в составе композиционного материала гексагонального нитрида бора более 15% формируется рыхлое термобарьерное покрытие с низкой эрозионной стойкостью в газовом потоке. А содержание в композиционном материале гексагонального нитрида бора менее 5% является нецелесообразным, поскольку не оказывает заметного влияния на улучшение истираемости керамического слоя.
Стабилизированный оксид циркония (ZrO2) служит для изготовления керамических деталей и нанесения теплозащитных покрытий термическим напылением. Процесс стабилизации оксида циркония оксидом иттрия позволяет получить твердый раствор с устойчивой тетрагональной решеткой, остающийся неизменным при нагреве и охлаждении материала, что позволяет исключить усадку при нагреве и расширение при охлаждении материала при термоциклах в ГТД. Покрытие, состав которого включает стабилизированный диоксид циркония, обладает высокой температурой плавления, высокой стойкостью к тепловым ударам, низкой теплопроводностью, твердостью, устойчивостью к действию кислот и щелочей, поэтому его использование позволяет противостоять высоким температурам и химически агрессивным средам при эксплуатации.
Наиболее оптимальным является использование диоксида циркония, стабилизированного 7-8% оксида иттрия.
Наличие стабилизированного диоксида циркония в составе композиционного материала позволяет снизить на 100-150°С величину теплового потока через покрытие и замедлить фазовые превращения, существенно изменяющие начальное состояние системы металлического сплава при температурах более 1050°С.
Включение в состав композиционного материала в качестве связующего алюмогеля приводит к дополнительному образованию микропор в рабочем слое покрытия, что способствует повышению истираемости рабочего слоя. Наличие алюмогеля обеспечивает компактирование исходного порошка, включающего ZrO2 и BN в гранулы, а также сводит к минимуму потери нитрида бора в процессе приготовления и напыления материала. Оптимальным является содержание алюмогеля в композиционном материале 3-6%.
При содержании в композиционном материале алюмогеля менее 3% не происходит гранулирование порошка и связывание нитрида бора, что приводит к потере последнего в получаемом покрытии. А при содержании в композиционном материале алюмогеля более 6% формируется рыхлый рабочий слой из-за низкой (плохой) проплавляемости крупногранульной фракции порошка.
Предложенный композиционный материал может быть нанесен (в отличие от прототипа) высокотехнологичным и широко распространенным методом высокотемпературного газотермического распыления, например, плазменным напылением. Оптимальным является использование предложенного композиционного материала, представляющего собой гранулированный порошок с наличием в нем основной фракции с частицами 20-100 мкм округлой формы, составляющими не менее 70% от общей массы композиционного материала.
Пример. Необходимо было получить термобарьерное уплотнительное покрытие на деталях из никелевого сплава ЭП648 - проставках, используемых в качестве радиального уплотнения зазора между торцами пера рабочих лопаток колеса ротора и статором турбины.
Первый этап включал приготовление композиционного материала для уплотнительного покрытия. Сначала произвели смешивание в шнековом смесителе порошков гексагонального нитрида бора, стабилизированного диоксида циркония, алюмогеля в течение 2-4 часов до получения однородной пластичной массы (пасты) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гексагональный нитрид бора | 10 |
алюмогель | 5 |
стабилизированный диоксид циркония системы ZrO2-7% Y2O3 | 85 |
Далее из полученной пасты изготовили керамические стержни на испытательном прессе. Произвели естественную сушку, прокаливание и измельчение стержней. По этой технологии был получен порошок с основной фракцией от 20 до 100 мкм с содержанием частиц округлой формы не менее 70%.
Второй этап включал подготовку деталей (проставок) для последующего нанесения на них уплотнительного покрытия. Произвели обезжиривание покрываемых поверхностей нефрасом, пескоструйную обработку (обдувку электрокорундом) покрываемых поверхностей и дальнейшую сборку проставок в технологическом приспособлении кольцевого типа.
Третий этап включал плазменное напыление рабочего слоя толщиной 2,0 мм.
Последний этап включал механическую обработку проставок в сборочном приспособлении.
Детали с полученным термобарьерным уплотнительным покрытием подвергли испытаниям на термостойкость на газодинамическом стенде путем нагрева до температуры 1050°С за 10 сек, выдержки в течение 10 сек и охлаждения до температуры 300°С в течение 10 сек, а затем в составе энергетической силовой парогазовой установки (ПТУ).
Испытания проставок с уплотнительным покрытием, полученным из заявленных компонетов, показали, что благодаря их использованию ресурс работы турбины ГТД и ее КПД увеличился в 1,5-1,7 раза по сравнению с использованием проставок с сотами, полученными электроэрозионной обработкой и с уплотнительным покрытием, полученным известными способами.
Также положительным результатом испытаний стало то, что уплотнение проточного тракта при соотношении линейного износа лопатки к уплотнительному материалу составило 1:3. Принято, что за единицу принимают износ лопатки. Нормальное соотношение износов лопатки к уплотнительному материалу для компрессора составляет от 1:2 до 1:6. Реально известные серийные уплотнительные материалы, например, марок «20Б» и «КНА» в интервале температур от 500 до 800°С имеют соотношение износов от 1:2 до 1:4 и от 1:2 до 1:3 соответственно.
Таким образом, использование предложенного композиционного материала обеспечивает высокую технологичность нанесения покрытия, повышение его качества за счет улучшения прирабатываемости в интервале температур 1000°С и более, а также повышение эффективности работы уплотнения в целом, что сводит к минимуму износ дорогостоящих частей ГТД.
Claims (2)
1. Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия, включающий гексагональный нитрид бора и стабилизированный диоксид циркония, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюмогель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гексагональный нитрид бора 5-15
алюмогель 3-6
стабилизированный диоксид циркония системы
ZrO2-7-8% Y2O3 остальное до 100%
2. Высокотемпературный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержание в нем основной фракции с частицами 20-100 мкм округлой формы составляет не менее 70% от общей массы материала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008133230/02A RU2386513C9 (ru) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008133230/02A RU2386513C9 (ru) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008133230A RU2008133230A (ru) | 2010-02-20 |
RU2386513C1 RU2386513C1 (ru) | 2010-04-20 |
RU2386513C9 true RU2386513C9 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=42126739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008133230/02A RU2386513C9 (ru) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386513C9 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680561C2 (ru) * | 2016-07-28 | 2019-02-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Ооо "Тсзп") | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464128C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Элемент прирабатываемого уплотнения турбины |
RU2483837C2 (ru) * | 2011-04-07 | 2013-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Способ изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины |
RU2530974C1 (ru) * | 2013-05-16 | 2014-10-20 | Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") | Состав уплотнительного покрытия для модификации элемента статора турбины |
-
2008
- 2008-08-14 RU RU2008133230/02A patent/RU2386513C9/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680561C2 (ru) * | 2016-07-28 | 2019-02-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Ооо "Тсзп") | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008133230A (ru) | 2010-02-20 |
RU2386513C1 (ru) | 2010-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5893180B2 (ja) | 最適化された高温断熱層 | |
EP2970015B1 (en) | Silicon carbide ceramic matrix composites containing a rare earth compound | |
CA2549600C (en) | Ceramic abradable material with alumina dopant | |
CN104891990B (zh) | 共晶结构热障涂层材料及其可用于热喷涂的粉粒制造方法 | |
CN102732883B (zh) | 一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法 | |
CN102093083B (zh) | 炭/炭复合材料HfC抗烧蚀涂层的制备方法 | |
RU2386513C9 (ru) | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия | |
KR20080072701A (ko) | 스트론튬 티타늄 산화물 및 이로부터 제조된 마모성 코팅 | |
CN113683430A (zh) | 缺陷萤石结构的氧化物高熵陶瓷及其抗烧蚀涂层的制备方法 | |
WO2014038459A1 (ja) | 金属-炭素複合材、金属-炭素複合材の製造方法及び摺動部材 | |
CN108517518B (zh) | 一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法 | |
CN109279878A (zh) | 一种电子元器件烧结用氧化锆涂层匣钵及其制备方法 | |
WO2024093144A1 (zh) | 一种高断裂韧性、抗cmas腐蚀及超高温烧结热障涂层材料及其制备和应用、热障涂层 | |
CN105441767B (zh) | 一种抗高温氧化损伤ZrB2‑SiC‑ZrC‑W复相陶瓷的制备方法 | |
Kim et al. | Joining of silicon carbide ceramics using a silicon carbide tape | |
US6537617B2 (en) | Manufacturing method of ceramic matrix composite | |
CN107746282A (zh) | 一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法 | |
CN106588125A (zh) | 一种c/c复合材料梯度抗氧化涂层的制备方法 | |
CN109160814A (zh) | 一种原位碳化硅-铁硅复合材料及其制备方法 | |
CN105130433A (zh) | 一种类钙钛矿结构陶瓷涂层的制备方法 | |
CN115368134B (zh) | 一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料及其制备方法 | |
CN105908043B (zh) | 一种Mo‑ZrB2‑SiC‑AlN复合材料及其制备方法 | |
CN105198435B (zh) | 一种碳化硅/碳复合材料及其制备方法 | |
US20240059904A1 (en) | Composite thermal spray powder of oxides and non-oxides | |
CN110183229A (zh) | 一种具有低温裂纹自愈合能力的Ti2Al(1-x)SnxC陶瓷修复相粉体的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20151102 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190731 |