RU2427559C1 - Высокотемпературное покрытие - Google Patents
Высокотемпературное покрытие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427559C1 RU2427559C1 RU2010110746/03A RU2010110746A RU2427559C1 RU 2427559 C1 RU2427559 C1 RU 2427559C1 RU 2010110746/03 A RU2010110746/03 A RU 2010110746/03A RU 2010110746 A RU2010110746 A RU 2010110746A RU 2427559 C1 RU2427559 C1 RU 2427559C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- temperature
- boron
- heat resistance
- oxidising
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиационной технике и машиностроению и может быть использовано в качестве защиты от окисления керамических композиционных материалов для деталей горячего тракта перспективных газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД) транспортных систем и энергомашиностроения, эксплуатирующихся в условиях воздействия окислительных сред и продуктов сгорания топлива при температурах до 1600°С. Высокотемпературное покрытие имеет следующий химический состав, мас.%: кремний 10-14, бор 3-7, оксид гафния 50-60, борид гафния 12-19, карбид бора 8-14. Технический результат изобретения - увеличение термостойкости и жаростойкости покрытия при рабочей температуре 1600°С в течение длительного времени (более 100 ч), позволяющее повысить ресурс и надежность эксплуатации изделий авиационной техники в 1,5-2 раза в условиях воздействия окислительных сред и продуктов сгорания топлива при температурах до 1600°С. 2 табл.
Description
Изобретение относится к авиационной технике и машиностроению и может быть использовано в для защиты от окисления керамических композиционных материалов для деталей горячего тракта перспективных газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД) транспортных систем и энергомашиностроения, эксплуатирующихся в условиях воздействия окислительных сред и продуктов сгорания топлива при температурах до 1600°C
Известно высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:
| Кремний | 25-40 |
| Карбид кремния | 50-70 |
| Бор | 1-15 (патент США №4465777) |
Известно также высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:
| Дисилицид молибдена | 63-75 |
| Кремний | 10-25 |
| Хром | 5-10 |
| Бор | 3-5 (А.с. СССР №464568) |
Недостатком этих покрытий является низкая стойкость к окислению при температурах выше 1300°C - 1350°C.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:
| Кремний | 6-9 |
| Бор | 2-5 |
| Оксид гафния | 63-68 |
| Борид гафния | 8-12 |
| Пятиокись тантала | 12-17 (патент РФ №2189368) |
Недостатком покрытия-прототипа является недостаточная термостойкость и жаростойкость (убыль массы) в условиях длительной эксплуатации при температуре 1600°C на воздухе.
Вследствие высокой тугоплавкости покрытия-прототипа при температуре 1600°C замедляется интенсивность процессов образования стеклофазы, смачивающей защищаемую подложку, синтез которой связан с наличием в составе бор - и кремнийсодержащих компонентов (Si, B, HfB2), и твердых растворов внедрения переменного состава в системе HfO2 - HfSiO4 - Ta2O5, что ухудшает жаростойкость покрытия при длительной эксплуатации, приводя к его несплошностям.
Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение термостойкости и жаростойкости покрытия при рабочей температуре 1600°C в течение длительного времени (более 100 ч).
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено высокотемпературное покрытие, содержащее кремний, бор, оксид гафния, борид гафния, которое дополнительно содержит карбид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Кремний | 10-14 |
| Бор | 3-7 |
| Оксид гафния | 50-60 |
| Борид гафния | 12-19 |
| Карбид бора | 8-14 |
Авторами установлено, что введение карбида бора при заявленных соотношениях и содержании компонентов позволяет повысить термостойкость и жаростойкость покрытия при температуре 1600°C в окислительной среде за счет образования достаточного количества защитной стекловидной фазы переменного состава в системе «высококремнеземное стекло - HfO2 - HfSiO4», которая обеспечивает самозалечивание возможных микротрещин, предотвращая диффузию кислорода в объем материала, тем самым препятствуя его окислению, и обладает способностью к релаксации термоупругих напряжений в покрытии.
Примеры осуществления
Для получения покрытий были приготовлены 3 композиции, соотношение компонентов в которых приведено в таблице 1. Компоненты покрытий в виде дисперсных частиц соответствующих химических соединений помещались в фарфоровый барабан с алундовыми шарами. Смесь загружали в указанных соотношениях не более чем на 3/4 объема барабана, в котором она перемешивалась в течение 48 ч.
Высокотемпературное покрытие на образцы керамического композиционного материала наносили напылением. Образцы подвергали сушке в термошкафу при температуре 80°C. Формирование покрытия осуществляли в печи с силитовыми нагревателями при температуре 1330-1350°C в течение 20-30 минут.
Образцы керамического композиционного материала с покрытиями испытывали на термостойкость при температуре 1600°C в течение 30 циклов по 10 мин каждый по режиму 1600↔20°C, охлаждение на воздухе и жаростойкость в течение 300 часов каждый при температуре 1600°C. Антиокислительное действие образцов с покрытием после испытаний определялось по убыли массы в мас.%. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что антиокислительное действие предлагаемого покрытия на образцах керамического композиционного материала при использовании значительно возрастает, термостойкость предлагаемого покрытия в 1,5 раза выше, чем у покрытия-прототипа, вследствие наличия достаточного количества вязкой стеклофазы. Привес массы предлагаемых составов защитного покрытия при испытании на жаростойкость также подтверждает образование достаточного количества защитной стеклофазы с внутренним эффектом самозалечивания, предотвращающей диффузию кислорода воздуха вглубь образца и препятствующей окислению керамического композиционного материала. Жаростойкость предлагаемого покрытия, в мас.%: 100 часов 0,5-0,8; 200 часов 0,8-1,1; 300 часов 1,1-1,5; в то же время у покрытия-прототипа наблюдается убыль массы и разрушение после 300 часов испытания.
Применение предлагаемого высокотемпературного покрытия с повышенной термостойкостью и жаростойкостью позволит обеспечить работоспособность узлов и деталей из керамических композиционных материалов и повысить ресурс и надежность эксплуатации изделий авиационной техники в 1,5-2 раза в условиях воздействия окислительных сред и продуктов сгорания топлива при температурах до 1600°C.
Предлагаемое высокотемпературное покрытие - экологически чистое, пожаровзрывобезопасное.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты покрытия | Предлагаемое покрытие | Покрытие-прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Si | 14 | 13 | 10 | 7 |
| B | 7 | 6 | 3 | 4 |
| HfO2 | 53 | 50 | 60 | 66 |
| HfB2 | 12 | 18 | 19 | 10 |
| Ta2O5 | - | - | - | 13 |
| B4C | 14 | 13 | 8 | - |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Параметры испытаний образцов с покрытием | ||||
| термостойкость, 1600°С↔20°C, охлаждение на воздухе | жаростойкость, мас.%, (убыль массы образцов с покрытием) 1600°C | ||||
| Кол-во циклов, 1ц - 10 мин | Внешний вид покрытий после испытаний (наличие дефектов) | 100 ч | 200 ч | 300 ч | |
| 1 | 30 | Микротрещины на поверхности | 0,5 | 0,8 | 1,1 |
| 2 | 30 | Дефектов нет | 0,7 | 1,0 | 1,4 |
| 3 | 30 | Дефектов нет | 0,8 | 1,1 | 1,5 |
| Покрытие-прототип | 20 | Разрушение покрытия | -3,7 | -5,9 | -9,8 разрушение покрытия |
Claims (1)
- Высокотемпературное покрытие, содержащее кремний, бор, оксид гафния, борид гафния, отличающееся тем, что дополнительно содержит карбид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремний 10-14 Бор 3-7 Оксид гафния 50-60 Борид гафния 12-19 Карбид бора 8-14
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110746/03A RU2427559C1 (ru) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Высокотемпературное покрытие |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110746/03A RU2427559C1 (ru) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Высокотемпературное покрытие |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2427559C1 true RU2427559C1 (ru) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010110746/03A RU2427559C1 (ru) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | Высокотемпературное покрытие |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427559C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800358C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-07-20 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высокотемпературное антиокислительное покрытие |
-
2010
- 2010-03-23 RU RU2010110746/03A patent/RU2427559C1/ru active IP Right Revival
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800358C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-07-20 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высокотемпературное антиокислительное покрытие |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11530167B2 (en) | Silicon oxycarbide environmental barrier coating | |
| CN104379345B (zh) | 进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件及其制造方法 | |
| CA2976181C (en) | Coated member and method of manufacturing the same | |
| CN1718560A (zh) | 碳纤维增强碳化硅复合材料防氧化涂层及其制备方法 | |
| CN105623506B (zh) | 陶瓷基复合涂层及其制备方法 | |
| CN102432345B (zh) | 一种炭/炭复合材料长时间高温抗氧化硅基复合涂层及制备和应用方法 | |
| Golden et al. | Thermochemical stability of Y2Si2O7 in high‐temperature water vapor | |
| CN105237039A (zh) | 碳/碳刹车材料的防氧化涂层材料及制备涂层的方法 | |
| Lu et al. | Formation and growth of silica layer beneath environmental barrier coatings under water-vapor environment | |
| Xu et al. | Microstructure, surface emissivity and ablation resistance of multilayer coating for lightweight and porous carbon–bonded carbon fiber composites | |
| Li et al. | Improvement of sealing performance for Al2O3 fiber-reinforced compressive seals for intermediate temperature solid oxide fuel cell | |
| CN106497313A (zh) | 一种耐高温吸波涂层及其应用 | |
| Chen et al. | Microstructure and oxidation behavior of a novel bilayer (c-AlPO4–SiCw–mullite)/SiC coating for carbon fiber reinforced CMCs | |
| Zhu et al. | Influence of phase composition on thermal aging behavior of plasma sprayed ytterbium silicate coatings | |
| CN113716977A (zh) | 一种碳/碳复合材料表面宽温域复合抗氧化涂层及制备方法 | |
| CN110198920B (zh) | 包含基材和环境阻隔件的部件 | |
| RU2082694C1 (ru) | Способ получения защитных покрытий на материалах и изделиях с углеродсодержащей основой | |
| CN103466646B (zh) | 一种陶瓷硅酸镱粉体的固相反应制备方法 | |
| RU2427559C1 (ru) | Высокотемпературное покрытие | |
| Hu et al. | Oxidation resistance of SiCf/SiC composites with three-layer environmental barrier coatings up to 1360° C in air atmosphere | |
| Zhang et al. | Cyclic oxidation performances of new environmental barrier coatings of HfO2-SiO2/Yb2Si2O7 coated SiC at 1375° C and 1475° C in the air environment | |
| Zhang et al. | A thick SiC-Si coating prepared by one-step pack cementation for long-term protection of carbon/carbon composites against oxidation at 1773 K | |
| Chen et al. | Environmental barrier coatings for silicon nitride | |
| CN110396004A (zh) | 一种抗热震与抗高温水蒸气腐蚀的硅酸镱复合涂层及其制备方法和应用 | |
| CN103602070A (zh) | 一种硅橡胶复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120324 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150410 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170324 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180117 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200324 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201120 |