RU2479669C2 - Thermal protective coating obtaining method - Google Patents
Thermal protective coating obtaining method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479669C2 RU2479669C2 RU2010138037/02A RU2010138037A RU2479669C2 RU 2479669 C2 RU2479669 C2 RU 2479669C2 RU 2010138037/02 A RU2010138037/02 A RU 2010138037/02A RU 2010138037 A RU2010138037 A RU 2010138037A RU 2479669 C2 RU2479669 C2 RU 2479669C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- heat
- ion
- layers
- vacuum
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения теплозащитных покрытий на лопатки энергетических турбин и, в особенности, газовых турбин авиадвигателей.The invention relates to the field of engineering, and in particular to methods of applying heat-protective coatings to the blades of energy turbines and, in particular, gas turbines of aircraft engines.
Газотурбинные установки и двигатели находят все более широкое применение в современной технике: двигатели самолетов и вертолетов, судовые газотурбинные двигатели, энергетические ГТУ и силовые установки газоперекачивающих агрегатов. К основным деталям, определяющим надежность, экономичность и ресурс их работы, относятся рабочие лопатки турбины. Турбинные лопатки работают в достаточно жестких условиях: высокие температуры, агрессивные среды (кислород, сера, окислы ванадия и другие элементы), значительные знакопеременные механические нагрузки и резкие теплосмены. Существующие тенденции совершенствования турбомашин приводят к еще большему ужесточению указанных условий эксплуатации и к повышению стоимости деталей. Все это требует применения на лопатках турбин более эффективных защитных покрытий. Одним из путей повышения температуры газа в турбине при сохранении ресурса лопаток является применение теплозащитных покрытий (ТЗП). Керамические ТЗП, при их достаточной толщине, могут ощутимо снизить теплоприток к основному материалу охлаждаемой лопатки и обеспечить ее работоспособность в условиях высоких температур.Gas turbine installations and engines are finding wider application in modern technology: aircraft and helicopter engines, marine gas turbine engines, gas turbine engines, and power plants of gas pumping units. The main parts that determine the reliability, efficiency and resource of their work include turbine blades. Turbine blades operate in rather harsh conditions: high temperatures, aggressive environments (oxygen, sulfur, vanadium oxides and other elements), significant alternating mechanical loads and sudden heat changes. Existing trends in improving turbomachines lead to even greater tightening of these operating conditions and to an increase in the cost of parts. All this requires the use of more effective protective coatings on the blades of turbines. One of the ways to increase the gas temperature in the turbine while maintaining the resource of the blades is the use of heat-protective coatings (TZP). Ceramic TZP, with their sufficient thickness, can significantly reduce heat gain to the main material of the cooled blade and ensure its performance at high temperatures.
Наиболее перспективным материалом для формирования теплозащитного слоя ТЗП является керамика на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (ZrО2·Y2О3). Для обеспечения адгезии керамического слоя и защиты основного материала детали от окисления ТЗП имеет жаростойкий подслой.The most promising material for the formation of a heat-protective layer of thermal protection layer is ceramic based on zirconia stabilized with yttrium oxide (ZrO 2 · Y 2 O 3 ). To ensure adhesion of the ceramic layer and protect the main material of the part from oxidation, the heat-transfer agent has a heat-resistant sublayer.
Кроме того, известен способ нанесения теплозащитного покрытия на лопатку турбины (Патент США №4,904,542. МПК С23С 14/08 "Multi-layer wear resistant coatings". 1992 г.), включающий газотермическое нанесение многослойного покрытия, состоящего из чередующихся керамических и металлических слоев. Так же известно многослойное высокотемпературное покрытие, состоящее из керамических слоев, разделенных металлическими слоями (Патент РФ №2359065. МПК С23С 4/12, СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НА ДЕТАЛИ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ. Бюл. №17, 2009 г.). Данное покрытие имеет ряд существенных недостатков. Входящая в его состав керамика образована путем плазменного напыления, что существенно снижает его термическую усталость и долговечность. При наличии перепадов температуры как по толщине, так и по его поверхности в материале металлического слоя возникнут термические напряжения, которые будут переданы керамике, имеющей низкую прочность на растяжение. Кроме того, керамические слои, в том числе и на основе, диоксида циркония, имеют высокую кислородопроницаемость.In addition, there is a known method of applying a heat-insulating coating to a turbine blade (US Patent No. 4,904,542. IPC C23C 14/08 "Multi-layer wear resistant coatings". 1992), including thermal spraying of a multilayer coating consisting of alternating ceramic and metal layers. A multilayer high-temperature coating is also known, consisting of ceramic layers separated by metal layers (RF Patent No. 2359065. IPC С23С 4/12, METHOD FOR APPLYING ON HEAT-PROTECTIVE COATING PARTS BY PLASMA METHOD. Bull. No. 17, 2009). This coating has a number of significant disadvantages. The ceramic included in its composition is formed by plasma spraying, which significantly reduces its thermal fatigue and durability. In the presence of temperature differences both in thickness and on its surface, thermal stresses will arise in the material of the metal layer, which will be transferred to ceramics having low tensile strength. In addition, ceramic layers, including those based on zirconium dioxide, have high oxygen permeability.
Известен также способ нанесения покрытия на лопатки турбины ГТД, включающий предварительную обработку поверхности детали, нанесение первого слоя жаростойкого покрытия из сплава на основе никеля, нанесение второго слоя, содержащего алюминий, последующий вакуумный диффузионный отжиг, подготовку поверхности под напыление третьего слоя покрытия из ZrO2 - Yb2O3 или ZrO2 - Yb2O3 и ZrO2 - Y2О3 (Патент РФ №2280095, СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ. Бюл. №20, 2006 г.).There is also a known method of coating a turbine engine turbine blade, including pre-treating the surface of a part, applying a first layer of a heat-resistant coating of nickel-based alloy, applying a second layer containing aluminum, subsequent vacuum diffusion annealing, preparing the surface for spraying a third coating layer of ZrO 2 - Yb 2 O 3 or ZrO 2 - Yb 2 O 3 and ZrO 2 - Y 2 O 3 (RF Patent №2280095, METHOD FOR APPLICATION. Bull. No. 20, 2006).
Известен также способ получения теплозащитного покрытия, преимущественно для рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, включающий подготовку поверхности лопатки, формирование подслоя, путем нанесения жаростойкого слоя и переходного слоя, нанесение на переходный слой внешнего керамического слоя на основе ZrO2 стабилизированного Y2О3 (патент РФ №2078148). Известный способ нанесения теплозащитного покрытия на лопатку турбины включает также предварительную абразивно-жидкостную обработку и обработку шлифпорошком, нанесение слоя жаростойкого покрытия из сплава на никелевой основе методом вакуумно-плазменной технологии, нанесение второго слоя из сплава на основе алюминия, легированного никелем 13-16% и иттрием 1,5-1,8%, вакуумный отжиг и подготовку поверхности перед нанесением третьего керамического слоя из диоксида циркония, стабилизированного 7-9 мас.% оксида иттрия (ZrO2·7% Y2O3), и последующие дополнительные вакуумный диффузионный и окислительный отжиг. Существенным недостатком покрытий является их низкая стабильность и долговечность при высоких температурах. Теплозащитные покрытия характеризуются более низкой теплопроводностью, но растрескиваются и отслаиваются при теплосменах под действием термомеханических нагрузок.There is also a method of producing a heat-protective coating, mainly for working blades of turbines of gas turbine engines and power plants, including preparing the surface of the blade, forming a sublayer by applying a heat-resistant layer and a transition layer, applying a stabilized Y 2 O 3 to the transition layer of an external ceramic layer based on ZrO 2 (RF patent No. 2078148). A known method of applying a heat-protective coating to a turbine blade also includes preliminary abrasive-liquid treatment and grinding powder treatment, applying a layer of heat-resistant coating of a nickel-based alloy by vacuum-plasma technology, applying a second layer of an alloy based on aluminum alloyed with nickel alloyed with 13-16% and 1.5-1.8% yttrium, vacuum annealing and surface preparation prior to applying the third ceramic layer of zirconia stabilized with 7-9 wt.% of yttrium oxide (ZrO 2 · 7% Y 2 O 3), and subsequent Modes vacuum diffusion annealing and oxidizing. A significant drawback of coatings is their low stability and durability at high temperatures. Thermal protective coatings are characterized by lower thermal conductivity, but crack and peel off during heat changes under the influence of thermomechanical loads.
Известен способ подготовки поверхности детали под нанесение многослойного покрытия на металлические изделия методом катодного распыления, включающий ионную очистку и/или модификацию поверхности изделия [Патент РФ №2228387. МПК С23С 14/06. Способ нанесения многослойного покрытия на металлические изделия. Опубл. 2004 г.]. Однако функциональным назначением ионно-имплантационной обработки поверхности в данном случае не является повышение жаростойкости подслоя.A known method of preparing the surface of a part for applying a multilayer coating to metal products by cathodic spraying, including ion cleaning and / or surface modification of the product [RF Patent No. 2228387. IPC С23С 14/06. The method of applying a multilayer coating on metal products. Publ. 2004]. However, the functional purpose of the ion-implantation surface treatment in this case is not to increase the heat resistance of the sublayer.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения теплозащитного покрытия преимущественно для рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, включающий нанесение жаростойкого подслоя и формирование на подслое керамического слоя [Патент РФ №2325467, МПК С23С 4/10. Способ получения создающего термический барьер покрытия/ Я.Вигрен, М.Ханссон/Вольво аэро корп./. 2008]. Способ включает предварительную обработку поверхности лопатки и нанесение связующего подслоя, жаростойкого слоя системы MeCrAlY и теплозащитного керамического слоя на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.The closest in technical essence is the method of obtaining a heat-protective coating mainly for rotor blades of turbines of gas turbine engines and power plants, including applying a heat-resistant sublayer and forming a ceramic layer on the sublayer [RF Patent No. 2323267, IPC С23С 4/10. A method of obtaining a thermal barrier coating / J. Wigren, M. Hansson / Volvo Aero Corp. /. 2008]. The method includes pre-treating the surface of the blade and applying a binder sublayer, a heat-resistant layer of the MeCrAlY system and a heat-protective ceramic layer based on zirconia stabilized with yttrium oxide.
Основным недостатком прототипа является низкая жаростойкость подслоя и недостаточно высокие эксплуатационные свойства керамического слоя, а также недостаточная выносливость и циклическая прочность деталей с покрытием, т.е. параметры, которые необходимо обеспечивать при эксплуатации рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и установок.The main disadvantage of the prototype is the low heat resistance of the sublayer and the insufficiently high performance properties of the ceramic layer, as well as insufficient endurance and cyclic strength of coated parts, i.e. the parameters that must be ensured during the operation of the working blades of the turbines of gas turbine engines and installations.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение эксплуатационных свойств теплозащитного покрытия при одновременном повышении выносливости и циклической прочности деталей с защитными покрытиями.The technical result of the proposed method is to increase the operational properties of the thermal barrier coating while increasing the endurance and cyclic strength of parts with protective coatings.
Технический результат достигается тем, что в способе получения теплозащитного покрытия для рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, включающем нанесение жаростойкого подслоя и керамического слоя, в отличие от прототипа, перед нанесением жаростойкого подслоя поверхность лопатки подвергают ионно-имплантационной обработке ионами одного из следующих элементов N, Y, Yt или их комбинацией, а после нанесения керамического слоя ионно-плазменным методом наносят первый слой из сплава на никелевой основе, второй алюминидный слой и третий слой из сплава на никелевой основе, после чего проводят диффузионный отжиг в вакууме, при этом имплантацию ионов проводят при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2, в качестве материала первого и третьего слоев, а также жаростойкого подслоя берут сплав состава, в вес.%: Сr - от 18% до 34%; Аl - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или Сr - от 18% до 34%, Аl - от 3% до 16%, Y - от 0, 2% до 0,7%, Со - от 16% до 30%, Ni - остальное, и их сочетания, а для второго слоя используют сплав состава, в вес.%: Si - от 4,0% до 12, 0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Аl - остальное или в качестве материала первого и третьего слоев, а также жаростойкого подслоя берут сплав состава, в вес.%: Сr от 18% до 22%; Аl - от 9% до 11%; Y - от 0, 5% до 0,7%; Ni - остальное, а для второго слоя используют сплав состава, в вес.%: Si - от 4,0% до 6, 0%; Y - от 1,2 до 1,6%; Аl - остальное, а в качестве керамического материала используют ZrO2 - Y2О3 в соотношении Y2О3 - 5..9 вес. %, ZrO2 - остальное, причем толщина керамического слоя составляет от 20 мкм до 400 мкм, толщина жаростойкого подслоя от 15 мкм до 40 мкм, а толщины первого, второго и третьего слоев от 4 до 12 мкм каждый, но не более 28 мкм их суммарной толщины.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing a heat-protective coating for turbine blades of gas turbine engines and power plants, including applying a heat-resistant sublayer and a ceramic layer, in contrast to the prototype, before applying a heat-resistant sublayer, the surface of the blade is subjected to ion implantation with one of the following elements N, Y, Yt, or a combination thereof, and after applying the ceramic layer by the ion-plasma method, the first layer is made of an alloy based on nickel, second minutes aluminide layer and a third layer of a nickel-based alloy, followed by diffusion annealing in a vacuum, the ion implantation is carried out at ion energy of 0,2-100 keV and an ion current density of 50 mA / cm2 to 10 mA / cm 2 , as the material of the first and third layers, as well as the heat-resistant sublayer, take an alloy of the composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni - the rest or Cr - from 18% to 34%, Al - from 3% to 16%, Y - from 0.2% to 0.7%, Co - from 16% to 30%, Ni - the rest, and their combinations, and for the second layer an alloy of the composition is used, in wt.%: Si - from 4.0% to 12, 0%; Y - from 1.0 to 2.0%; Al - the rest, or as the material of the first and third layers, as well as the heat-resistant sublayer, take the alloy composition, in wt.%: Cr from 18% to 22%; Al - from 9% to 11%; Y - from 0.5% to 0.7%; Ni - the rest, and for the second layer an alloy of the composition is used, in wt.%: Si - from 4.0% to 6.0%; Y - from 1.2 to 1.6%; Al is the rest, and ZrO 2 - Y 2 O 3 in the ratio of Y 2 O 3 - 5..9 weight is used as the ceramic material. %, ZrO 2 - the rest, and the thickness of the ceramic layer is from 20 microns to 400 microns, the thickness of the heat-resistant sublayer is from 15 microns to 40 microns, and the thicknesses of the first, second and third layers are from 4 to 12 microns each, but not more than 28 microns total thickness.
Технический результат достигается также тем, что в способе получения теплозащитного покрытия перед нанесением жаростойкого подслоя проводят ионно-плазменную очистку поверхности, а после нанесения жаростойкого подслоя наносят слой высокотемпературного припоя толщиной от 1 мкм до 40 мкм, а в качестве высокотемпературных припоев используют припои на основе Ni, Co, Fe, Nb, и их сочетаний, с добавками, выбранными из следующих элементов или их сочетаний В, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Та, In, а перед ионно-плазменной очисткой поверхности ее подвергают электролитно-плазменному полированию.The technical result is also achieved by the fact that in the method of obtaining a heat-resistant coating before applying the heat-resistant sublayer, an ion-plasma surface is cleaned, and after applying the heat-resistant sublayer, a layer of high-temperature solder is applied with a thickness of 1 μm to 40 μm, and Ni-based solders are used as high-temperature solders , Co, Fe, Nb, and combinations thereof, with additives selected from the following elements or combinations thereof B, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Ta, In and before ion-plasma cleaning of the surface it is subjected to ele Krolite-plasma polishing.
Технический результат достигается также тем, что в способе получения теплозащитного покрытия нанесение жаростойкого подслоя, первого, второго и третьего слоев, осуществляют при периодической имплантацией ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, с образованием от 3 до 1500 микро- или нанослоев, разделенных имплантированными микро- или нанослоями, а перед нанесением жаростойкого подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слои из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,8 мкм до 12,0 мкм.The technical result is also achieved by the fact that in the method of obtaining a heat-resistant coating, the application of a heat-resistant sublayer, of the first, second and third layers, is carried out with periodic implantation with Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, or a combination thereof, with the formation of 3 to 1,500 micro- or nanolayers, separated by implanted micro- or nanolayers, and before applying a heat-resistant sublayer, layers of Nb, Pt, Cr or a combination of them from 0.8 μm to 12.0 μm thick are additionally applied to the surface of the blade.
Технический результат достигается также тем, что в способе получения теплозащитного покрытия после нанесения жаростойкого подслоя, дополнительно наносят переходный слой в виде слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сочетания слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сплавов из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, причем толщина переходного слоя составляет от 1,5 мкм до 12 мкм.The technical result is also achieved by the fact that in the method of obtaining a heat-resistant coating after applying a heat-resistant sublayer, an additional transition layer is applied in the form of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, or as a combination of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si , or in the form of alloys of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, and the thickness of the transition layer is from 1.5 μm to 12 μm.
Технический результат достигается также тем, что в способе получения теплозащитного покрытия нанесение жаростойкого подслоя, керамического слоя, переходного слоя, слоя высокотемпературного припоя и слоев из Nb, Pt, Cr или их сочетания осуществляют газо-термическим и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.The technical result is also achieved by the fact that in the method of obtaining a heat-resistant coating, the application of a heat-resistant sublayer, a ceramic layer, a transition layer, a high-temperature solder layer and layers of Nb, Pt, Cr or a combination thereof is carried out by gas-thermal and / or vacuum ion-plasma methods, and / or magnetron methods, and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum.
Технический результат достигается также тем, что в способе получения теплозащитного покрытия нанесение керамического слоя покрытия осуществляют электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а после нанесения керамического слоя его подвергают ионно-имплантационной обработке ионами Y или Yt, причем имплантацию ионов проводят при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2.The technical result is also achieved by the fact that in the method of producing a heat-resistant coating, the ceramic coating layer is applied by electron beam evaporation and condensation in vacuum, and after the ceramic layer is deposited, it is subjected to ion implantation with Y or Yt ions, and ion implantation is carried out at ion energy 0 , 2-100 keV and ion current densities from 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 .
Достижение технического результата объясняется также конструкцией покрытия, формируемой при реализации предлагаемого способа. В теплозащитных покрытиях, формируемых известными способами, основным недостатком является низкая прочность сцепления между керамическим внешним слоем и жаростойким подслоем, поскольку в процессе эксплуатации, за счет постоянно растущего слоя окислов происходит отторжение керамического слоя и покрытие теряет свои функциональные свойства. Кроме того, керамический слой покрытия подвержен разрушению из-за резких теплосмен. Предлагаемый же способ позволяет получать композиционные теплозащитные покрытия, в которых металлическая многослойная внешняя оболочка (являясь жертвенным слоем) позволяет адаптироваться керамическому слою под воздействием эксплуатационных нагрузок, температур и агрессивных сред. В последнем случае многослойное вакуумно-плазменное покрытие, являясь герметичным, удерживает проникновение кислорода к жаростойкому подслою и сохраняет его от окисления в первый период эксплуатации детали. Кроме того, внешняя оболочка предохраняет поверхность от эрозии и служит своеобразным каркасом, предохраняющим керамический слой и, в результате чего, как это показали исследования, проведенные авторами, достигаются такие эффекты как: стойкость к теплоударам, механическая прочность, высокие адгезионные свойства, возможность получения более толстых керамических слоев и как следствие повышение эксплуатационных свойств лопаток с теплозащитными покрытиями.The achievement of the technical result is also explained by the design of the coating formed during the implementation of the proposed method. In heat-protective coatings formed by known methods, the main disadvantage is the low adhesion strength between the ceramic outer layer and the heat-resistant sublayer, since during operation, due to the constantly growing layer of oxides, the ceramic layer is rejected and the coating loses its functional properties. In addition, the ceramic coating layer is subject to destruction due to abrupt heat exchange. The proposed method allows one to obtain composite heat-protective coatings in which the metal multilayer outer shell (being a sacrificial layer) allows the ceramic layer to adapt under the influence of operational loads, temperatures and aggressive environments. In the latter case, the multilayer vacuum-plasma coating, being hermetic, holds the penetration of oxygen to the heat-resistant sublayer and saves it from oxidation during the first period of operation of the part. In addition, the outer shell protects the surface from erosion and serves as a kind of skeleton that protects the ceramic layer and, as a result, as shown by studies conducted by the authors, effects such as: resistance to thermal shock, mechanical strength, high adhesive properties, the ability to obtain more thick ceramic layers and, as a result, an increase in the operational properties of blades with heat-protective coatings.
Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется схемой конструкции покрытия, представленного на фигуре. Фиг. содержит: 1 - основа (деталь), 2 - жаростойкий подслой, 3 - керамический слой, 4 - внешняя многослойная жаростойкая оболочка, 5 - первый слой сплава на никелевой основе, 6 - второй алюминидный слой, 7 - третий слой из сплава на никелевой основе.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the design scheme of the coating shown in the figure. FIG. contains: 1 - base (part), 2 - heat-resistant sublayer, 3 - ceramic layer, 4 - external multilayer heat-resistant shell, 5 - first nickel-based alloy layer, 6 - second aluminide layer, 7 - third nickel-based alloy layer .
Способ осуществляется следующим образом. Поверхность пера лопатки 1 подготавливают к нанесению покрытия и в соответствии с выбранным методом наносят жаростойкий подслой 2 толщиной от 15 мкм до 40 мкм. Перед нанесением жаростойкого подслоя 2, при использовании вакуумных методов нанесения материалов, проводят ионно-плазменную очистку поверхности и последующую ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки ионами N, Yb, Y, La или их сочетанием. В качестве материала для нанесения жаростойкого подслоя 2 используют сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или Cr от 18% до 22%; Al - от 9% до 11%; Y - от 0, 5% до 0,7%; Ni - остальное, причем нанесение жаростойкого подслоя 2 чередуют с периодической имплантацией ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, которую проводят до образования микро- или нанослоя, разделяющего жаростойкий подслой на микро-слои, формируя от 3 до 1500 микрослоев. Ионную имплантацию проводят при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2. На образованный жаростойкий подслой 2 наносят керамический слой 3 толщиной от 20 мкм до 400 мкм, а в качестве керамического материала слоя 3 используют ZrО2-Y2O3 в соотношении Y2О3 - 5...9 вес.%, ZrO2 - остальное. Перед нанесением жаростойкого подслоя 2 на поверхность лопатки можно дополнительно наносить слои из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,8 мкм до 12,0 мкм. На керамический слой 3 вакуумно-плазменным методом наносят внешнюю оболочку 4, формируя ее последовательным нанесением следующих трех жаростойких слоев 5, 6, 7. В качестве материала первого 5 и третьего слоев 7 берут сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или Cr - от 18% до 34%, Al - от 3% до 16%, Y - от 0,2% до 0,7%, Со - от 16% до 30%, Ni - остальное, и их сочетания, или Cr от 18% до 22%; Al - от 9% до 11%; Y - от 0,5% до 0,7%; Ni - остальное, а для второго слоя 6 используют сплав состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное или Si - от 4,0% до 6,0%; Y - от 1,2 до 1,6%; Al - остальное. При этом толщины первого 5, второго 6 и третьего 7 слоев берут в диапазонах от 4 до 12 мкм каждый, но не более 26 мкм их суммарной толщины оболочки 4.The method is as follows. The feather surface of the blade 1 is prepared for coating and, in accordance with the selected method, a heat-
Кроме того, как вариант, перед нанесением жаростойкого подслоя 2 проводят ионно-плазменную очистку поверхности 1, а после нанесения жаростойкого подслоя 2 наносят слой высокотемпературного припоя толщиной от 1 мкм до 40 мкм, а в качестве высокотемпературных припоев используют припои на основе Ni, Co, Fe, Nb, и их сочетаний, с добавками, выбранными из следующих элементов или их сочетаний В, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Та, In. Перед ионно-плазменной очисткой поверхности 1 ее можно подвергнуть электролитно-плазменному полированию, которое позволяет повысить однородность переходной зоны «основа-жаростойкий подслой» за счет повышения равномерности протекания диффузионных процессов как при диффузионном отжиге, так и при эксплуатации детали. После нанесения жаростойкого подслоя 2 также можно дополнительно наносить переходный слой в виде слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сочетания слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сплавов из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, причем толщина переходного слоя составляет от 1,5 мкм до 12 мкм. Нанесение слоев покрытия можно осуществлять любым из следующих методов: газо-термическим, вакуумными ионно-плазменными методами, магнетронными методами и электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме. При нанесении керамического слоя покрытия электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме можно производить ионно-имплантационную обработку поверхности (без подачи потенциала на деталь) ионами Y или Yt, при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2. С целью повышения жаростойкости металлических слоев могут наноситься дополнительные слои из устойчивых к окислению металлов. После нанесения покрытия проводят его диффузионный отжиг.In addition, as an option, before applying the heat-
Для оценки стойкости лопаток газовых турбин с теплозащитными покрытиями, полученными по известному и предлагаемому способам, были проведены исследования режимов и условий нанесения теплозащитных покрытий и их свойств на образцах из никелевых и кобальтовых сплавов (ЦНК-7, ЦНК-21, FSX-414, ЖС-6, ЖС-6У, ЭИ-893, U-5000).To assess the resistance of gas turbine blades with heat-protective coatings obtained by the known and proposed methods, we studied the modes and conditions of applying heat-protective coatings and their properties on samples of nickel and cobalt alloys (TsNK-7, TsNK-21, FSX-414, ZhS -6, ZhS-6U, EI-893, U-5000).
Перед нанесением жаростойкого покрытия поверхность детали подвергалась следующим вариантам подготовки и обработки: электролитно-плазменному полированию (ЭПП) в электролите состава и режимах, представляющих ноу-хау, а также без ЭПП. Кроме того, использовалась подготовка поверхности методом пескоструйной обработки электрокорундом дисперсностью порядка 10-20 мкм. Толщина жаростойкого подслоя бралась в диапазоне от 15 мкм до 40 мкм (14 мкм-Н.Р. (неудовлетворительный результат); 15 мкм; 20 мкм; 40 мкм; 50 мкм-Н.Р.); перед нанесением жаростойкого подслоя проводили ионно-плазменную очистку поверхности с последующей ионно-имплантационной обработкой поверхности лопатки ионами N, Yb, Y или их сочетанием (N+Yb; N+Yb+Y; N+Y; Y+Yb), а также, как вариант, перед нанесением жаростойкого подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносили слои из Nb, Pt, Cr или их сочетания (Nb+Pt; Nb+Pt+Cr; Nb+Cr; Cr+Pt) толщиной от 0,8 мкм до 12,0 мкм (0,6 мкм - Н.Р.; 0,8 мкм; 0,8 мкм; 1,8 мкм; 6,0 мкм; 12,0 мкм; 13,0 мкм - Н.Р.). Кроме того, после нанесения жаростойкого подслоя, дополнительно наносили переходный слой в виде слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сочетания слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сплавов из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, причем толщина переходного слоя составляет от 1,5 мкм до 12 мкм (1,2 мкм - Н.Р.; 1,5 мкм; 3,4 мкм; 6,0 мкм; 12 мкм; 14 мкм - Н.Р.).Before applying a heat-resistant coating, the surface of the part was subjected to the following preparation and processing options: electrolyte-plasma polishing (EPP) in the electrolyte composition and modes representing know-how, as well as without EPP. In addition, we used surface preparation by sandblasting with electrocorundum with a dispersion of the order of 10–20 μm. The thickness of the heat-resistant sublayer was taken in the range from 15 μm to 40 μm (14 μm-N.R. (unsatisfactory result); 15 μm; 20 μm; 40 μm; 50 μm-N.R.); before applying the heat-resistant sublayer, ion-plasma cleaning of the surface was carried out, followed by ion-implantation treatment of the surface of the scapula with N, Yb, Y ions or their combination (N + Yb; N + Yb + Y; N + Y; Y + Yb), as well as alternatively, before applying the heat-resistant sublayer, layers of Nb, Pt, Cr or a combination of them (Nb + Pt; Nb + Pt + Cr; Nb + Cr; Cr + Pt) with a thickness of 0.8 μm to 12 were additionally applied to the surface of the blade 0 μm (0.6 μm - N.R .; 0.8 μm; 0.8 μm; 1.8 μm; 6.0 μm; 12.0 μm; 13.0 μm - N.R.). In addition, after applying the heat-resistant sublayer, an additional transition layer was applied in the form of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, or as a combination of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, or in the form of alloys of Nb, Pt , Hf, Cr, Si, and the thickness of the transition layer is from 1.5 μm to 12 μm (1.2 μm - N.R .; 1.5 μm; 3.4 μm; 6.0 μm; 12 μm; 14 μm - N.R.).
Перед нанесением керамического слоя также, как вариант воплощения, наносили высокотемпературный припой толщиной от 1 мкм до 40 мкм (0,8 мкм - Н.Р.; 1 мкм; 10 мкм; 40 мкм; 45 мкм - Н.Р.), а в качестве высокотемпературных припоев использовали припои на основе Ni, Co, Fe, Nb, и их сочетаний, с добавками, выбранными из следующих элементов или их сочетаний В, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Та, In (процентное соотношение Ni, Co, Fe, Nb в комбинациях и их сочетания с добавками, выбранными из следующих элементов или их сочетаний В, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Та, In, также являются ноу-хау).Before applying the ceramic layer as well as an embodiment, a high-temperature solder was applied with a thickness of 1 μm to 40 μm (0.8 μm - N.R .; 1 μm; 10 μm; 40 μm; 45 μm - N.R.), and as high-temperature solders used solders based on Ni, Co, Fe, Nb, and their combinations, with additives selected from the following elements or their combinations of B, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Ta, In (percentage of Ni, Co, Fe, Nb in combinations and their combinations with additives selected from the following elements or their combinations of B, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Ta, In, are also know-how).
В качестве материала жаростойкого подслоя и первого слоя сплава на никелевой основе, второго алюминидного слоя и третьего слоя из сплава на никелевой основе, а также дополнительных жаростойких слоев покрытия, были исследованы варианты в виде одного из металлов Nb, Pt, Нf, Сr и их сочетания (10% Nb+15% Hf+75Cr; 10% Nb+90%Cr; 10% Nb+15% Pt+75Cr; 10% Nb+15% Hf+10% Pt 65Cr; 10% Pt+90%Cr), а также варианты сплавов состава: Сr - от 18% до 34% (14% - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 18%; 22%; 26%; 34%; 38% - (Н.Р.)); Al - от 3% до 16% (2% - (Н.Р.); 3%; 6%; 9%; 11%; 12%; 16%; 18% - (Н.Р.)); Y - от 0, 2% до 0,7% (0, 1% - (Н.Р.); 0, 2%; 0, 4%; 0, 5%; 0, 7%; 0, 8% - (Н.Р.); Ni - остальное, и составов: Сr - от 18% до 34% (14% - (Н.Р.); 18%; 26%; 34%; 38% - (Н.Р.)); Al - от 3% до 16% (2% - (Н.Р.); 3%; 6%; 12%; 16%; 18% - (Н.Р.)); Y - от 0, 2% до 0,7%(0, 1% - (Н.Р.); 0,2%; 0,4%; 0,7%; 0,8% - (Н.Р.); Со - от 16% до 30% (14% - (Н.Р.); 16%; 24%; 30%; 32% -(Н.Р.)); Ni - остальное, и их сочетания; Si - от 4,0% до 12, 0% (3,0% - (Н.Р.); 4,0%; 6,0%; 8,0%; 12,0%; 14,0% - (Н.Р.)); Y - от 1,0 до 2,0% (0,8% - (Н.Р.); 1,0%; 1,2%; 1,6%; 2,0%; 2,2% - (Н.Р.)); Al - остальное.As a material for the heat-resistant sublayer and the first nickel-based alloy layer, the second aluminide layer and the third nickel-based alloy layer, as well as additional heat-resistant coating layers, variants in the form of one of the metals Nb, Pt, Hf, Cr and their combination were investigated (10% Nb + 15% Hf + 75Cr; 10% Nb + 90% Cr; 10% Nb + 15% Pt + 75Cr; 10% Nb + 15% Hf + 10% Pt 65Cr; 10% Pt + 90% Cr) , as well as options for alloys of the composition: Cr - from 18% to 34% (14% - unsatisfactory result (N.R.); 18%; 22%; 26%; 34%; 38% - (N.R.)) ; Al - from 3% to 16% (2% - (N.R.); 3%; 6%; 9%; 11%; 12%; 16%; 18% - (N.R.)); Y - from 0, 2% to 0.7% (0, 1% - (N.R.); 0, 2%; 0, 4%; 0, 5%; 0, 7%; 0, 8% - (N.R.); Ni - the rest, and compositions: Cr - from 18% to 34% (14% - (N.R.); 18%; 26%; 34%; 38% - (N.R. )); Al - from 3% to 16% (2% - (N.R.); 3%; 6%; 12%; 16%; 18% - (N.R.)); Y - from 0, 2% to 0.7% (0, 1% - (N.R.); 0.2%; 0.4%; 0.7%; 0.8% - (N.R.); Co - from 16% to 30% (14% - (N.R.); 16%; 24%; 30%; 32% - (N.R.)); Ni - the rest, and their combinations; Si - from 4.0 % to 12.0% (3.0% - (N.R.); 4.0%; 6.0%; 8.0%; 12.0%; 14.0% - (N.R.) ); Y - from 1.0 to 2.0% (0.8% - (N.R.); 1.0%; 1.2%; 1.6%; 2.0%; 2.2% - (N.R.)); Al - the rest.
В качестве материала керамического слоя использовали ZrO2-Y2О3 в соотношении Y2О3 - 5..9 вес.%, ZrO2 - остальное. Толщина керамического слоя составляла от 20 мкм до 400 мкм (18 мкм - Н.Р.; 20 мкм; 100 мкм; 200 мкм; 400 мкм; 420 мкм - Н.Р.). При нанесении керамического слоя покрытия электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, после нанесения керамического слоя его подвергали ионно-имплантационной обработке ионами Y или Yt, причем имплантацию ионов проводили при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/см2 до 10 мА/см2.As the material of the ceramic layer, ZrO 2 —Y 2 O 3 was used in a ratio of Y 2 O 3 - 5..9 wt%, ZrO 2 — the rest. The thickness of the ceramic layer ranged from 20 μm to 400 μm (18 μm - N.R .; 20 μm; 100 μm; 200 μm; 400 μm; 420 μm - N.R.). When applying the ceramic coating layer by electron beam evaporation and condensation in vacuum, after applying the ceramic layer, it was subjected to ion implantation with Y or Yt ions, moreover, the implantation of ions was carried out at an ion energy of 0.2-100 keV and an ion current density of 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 .
Толщины первого, второго и третьего слоев внешней оболочки покрытия составляли от 4 до 12 мкм каждый (сочетания соответственно: 2 мкм +2 мкм +4 мкм -(Н.Р.); 4 мкм +4 мкм +4 мкм; 6 мкм +8 мкм +12 мкм; 4 мкм +12 мкм +4 мкм; 8 мкм +12 мкм +6 мкм; 8 мкм +12 мкм +8 мкм; 12 мкм +12 мкм +12 мкм - (Н.Р.)), но не более 28 мкм их суммарной толщины.The thicknesses of the first, second and third layers of the outer shell of the coating ranged from 4 to 12 μm each (combinations, respectively: 2 μm +2 μm +4 μm - (N.R.); 4 μm +4 μm +4 μm; 6 μm +8 μm +12 μm; 4 μm +12 μm +4 μm; 8 μm +12 μm +6 μm; 8 μm +12 μm +8 μm; 12 μm +12 μm +12 μm - (N.R.)), but no more than 28 microns of their total thickness.
Как вариант, нанесение жаростойкого подслоя, а также первого слоя сплава на никелевой основе, второго алюминидного слоя и третьего слоя из сплава на никелевой основе, чередовали с периодической имплантацией ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, которую проводили до образования микро- или нанослоев, разделяющих жаростойкий подслой, а также первого слоя сплава на никелевой основе, второго алюминидного слоя и третьего слоя из сплава на никелевой основе, на микро- или нанослои. При этом количество сформированных микро- или нанослоев составляло от 3 до 1500 (3; 40; 150; 500; 1000; 1500) микро- или нанослоев.Alternatively, the application of a heat-resistant sublayer, as well as a first nickel-based alloy layer, a second aluminide layer and a third nickel-based alloy layer, was alternated with periodic implantation with Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si ions or their the combination that was carried out before the formation of micro- or nanolayers separating the heat-resistant sublayer, as well as the first nickel-based alloy layer, the second aluminide layer and the third nickel-based alloy layer, on the micro- or nanolayers. In this case, the number of formed micro- or nanolayers was from 3 to 1500 (3; 40; 150; 500; 1000; 1500) micro- or nanolayers.
Режимы обработки образцов и нанесения слоев покрытия: ионная имплантация (Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием) при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2 (диффузионный отжиг в вакууме 10-2…10-3 мм рт.ст. при температуре 1000°С в течение 2 ч).Modes of sample processing and deposition of coating layers: ion implantation (Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, or a combination thereof) at ion energies of 0.2-100 keV and ion current density from 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 (diffusion annealing in vacuum of 10 -2 ... 10 -3 mm Hg at 1000 ° C for 2 hours).
Толщины слоев по способу-прототипу составляли: - толщина жаростойкого подслоя от 15 мкм до 40 мкм (15 мкм; 250 мкм; 40 мкм), толщина керамического слоя 300 мкм.The thicknesses of the layers according to the prototype method were: - the thickness of the heat-resistant sublayer from 15 μm to 40 μm (15 μm; 250 μm; 40 μm), the thickness of the ceramic layer is 300 μm.
Нанесение слоев теплозащитного покрытия проводили газотермическим (плазменным) методом, а также вакуумными методами: ионно-плазменными, магнетронным, электронно-лучевым.The layers of the heat-protective coating were applied by the gas thermal (plasma) method, as well as by vacuum methods: ion-plasma, magnetron, electron-beam.
Проведенные испытания на выносливость и циклическую прочность образцов из никелевых и кобальтовых сплавов ЦНК -7, ЦНК-21, FSX-414, ЖС-6, ЖС-6У, ЭИ-893, U-5000 в условиях высоких температур (при 870-950°С) на воздухе. Результаты испытаний показали следующее: условный предел выносливости (σ-1) лопаток составляет:The endurance and cyclic strength tests of samples made of nickel and cobalt alloys TsNK-7, TsNK-21, FSX-414, ZhS-6, ZhS-6U, EI-893, U-5000 at high temperatures (at 870-950 ° C) in the air. The test results showed the following: the conditional endurance limit (σ -1 ) of the blades is:
1) по способу-прототипу - никелевые сплавы в среднем 230-250 МПа, кобальтовые - 220-235 МПа;1) according to the prototype method — nickel alloys on average 230-250 MPa, cobalt - 220-235 MPa;
2) по предлагаемому способу никелевые сплавы в среднем 280-295 МПа, кобальтовые - 255-280 МПа, (таблица 1).2) according to the proposed method, nickel alloys an average of 280-295 MPa, cobalt - 255-280 MPa, (table 1).
Изотермическая жаростойкость покрытий оценивалась на образцах диаметром d=10 мм и длиной l=30 мм. Образцы покрытиями помещались в тигли и выдерживались на воздухе при температуре Т=1200°С. Жаростойкость покрытий оценивалась по характерному времени (τ) до появления первых очагов газовой коррозии или других дефектов, которые определялись путем визуального осмотра через каждые 50 часов испытаний при температуре 1200°С. Взвешивание образцов вместе с окалиной производилось через 500 и 1000 ч испытаний, при этом определялась величина удельного прироста массы образца на единицу его поверхности по сравнению с исходным весом ΔР, г/м2. Полученные результаты представлены в таблице 2.The isothermal heat resistance of the coatings was evaluated on samples with a diameter of d = 10 mm and a length of l = 30 mm. Coated samples were placed in crucibles and kept in air at a temperature of T = 1200 ° C. The heat resistance of the coatings was evaluated by the characteristic time (τ) until the first foci of gas corrosion or other defects appeared, which were determined by visual inspection after every 50 hours of testing at a temperature of 1200 ° C. The samples were weighed together with the scale after 500 and 1000 hours of testing, and the specific weight gain of the sample per unit of its surface was determined in comparison with the initial weight ΔР, g / m 2 . The results are presented in table 2.
Стойкость покрытий к теплосменам оценивалась по количеству циклов, которые выдерживали покрытия до разрушения керамического слоя. Цикл теплосмены представлял собой нагрев образца до 1150°С, температурную выдержку в течение 15 мин и охлаждение в воде до температуры 20°С. После каждого цикла теплосмены по наличию отслоений оценивалась стойкость покрытия. Данные по сравнительным испытаниям на термостойкость показали, что в среднем количество теплосмен до полного разрушения у покрытия-прототипа составило 14 циклов, а у покрытий, нанесенных по предлагаемому способу - от 24 до 36 циклов.The resistance of coatings to heat exchanges was estimated by the number of cycles that the coatings withstood until the ceramic layer was destroyed. The heat exchange cycle was the heating of the sample to 1150 ° C, temperature exposure for 15 min and cooling in water to a temperature of 20 ° C. After each heat exchange cycle, the resistance of the coating was evaluated by the presence of delamination. Data on comparative tests for heat resistance showed that on average the number of heat exchangers before complete destruction of the prototype coating was 14 cycles, and for coatings deposited by the proposed method from 24 to 36 cycles.
Повышение стойкости к теплосменам, жаростойкости покрытий и предела выносливости лопаток из никелевых и кобальтовых сплавов с покрытиями (таблицы 1 и 2) указывает на то, что при применении следующих вариантов получения теплозащитного покрытия: нанесение жаростойкого подслоя и керамического слоя; подверженность поверхности лопатки перед нанесением жаростойкого подслоя ионно-имплантационной обработке ионами одного из следующих элементов N, Y, Yt или их комбинаций; после нанесения керамического слоя нанесение ионно-плазменным методом первого слоя из сплава на никелевой основе, второго алюминидного слоя и третьего слоя из сплава на никелевой основе; проведение после нанесения покрытия диффузионного отжига в вакууме; а также, при применении следующих вариантов формирования покрытия: проведение имплантации ионов при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2; использование в качестве материала первого и третьего слоев, а также жаростойкого подслоя сплавов состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Аl - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или Cr - от 18% до 34%, Аl - от 3% до 16%, Y - от 0, 2% до 0,7%, Со - от 16% до 30%, Ni - остальное, и их сочетания, а для второго слоя использование сплава состава, в вес.%: Si - от 4,0% до 12, 0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное, а также использование в качестве материала первого и третьего слоев, а также жаростойкого подслоя сплава состава, в вес.%: Сr от 18% до 22%; Al - от 9% до 11%; Y - от 0, 5% до 0,7%; Ni - остальное, а для второго слоя использование сплава состава, в вес.%: Si - от 4,0% до 6, 0%; Y - от 1,2 до 1,6%; Al - остальное, а в качестве керамического материала использование ZrО2-Y2О3 в соотношении Y2O3 - 5..9 вес.%, ZrO2 - остальное, причем толщина керамического слоя составляет от 20 мкм до 400 мкм, толщина жаростойкого подслоя от 15 мкм до 40 мкм, а толщины первого, второго и третьего слоев от 4 до 12 мкм каждый, но не более 28 мкм их суммарной толщины; проведение имплантации ионов при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2; проведение перед нанесением жаростойкого подслоя ионно-плазменной очистки поверхности, а после нанесения жаростойкого подслоя нанесение слоя высокотемпературного припоя толщиной от 1 мкм до 40 мкм; использование в качестве высокотемпературных припоев на основе Ni, Co, Fe, Nb, и их сочетаний, с добавками, выбранными из следующих элементов или их сочетаний В, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb, La, Hf, Та, In; подверженность поверхности детали перед ионно-плазменной очисткой электролитно-плазменному полированию; нанесение жаростойкого подслоя, а также первого слоя сплава на никелевой основе, второго алюминидного слоя и третьего слоя из сплава на никелевой основе, при чередовании с периодической имплантацией ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, с образованием от 3 до 1500 микро- или нанослоев, разделенных имплантированными микро- или нанослоями; дополнительное нанесение перед нанесением жаростойкого подслоя на поверхность лопатки слоев из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,8 мкм до 12,0 мкм; дополнительное нанесение после нанесения жаростойкого подслоя, переходного слоя в виде слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сочетания слоев из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, либо в виде сплавов из Nb, Pt, Hf, Cr, Si, при толщине переходного слоя от 1,5 мкм до 12 мкм; нанесение слоев покрытия газо-термическим и/или вакуумными ионно-плазменными методами и/или магнетронными методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме; нанесение керамического слоя покрытия электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а после нанесения керамического слоя его подвержение ионно-имплантационной обработке ионами Y или Yt, при проведении имплантации при энергии ионов 0,2-100 кэВ и плотности ионного тока от 50 мкА/ см2 до 10 мА/см2, позволяют достичь технического результата заявляемого изобретения - повышения эксплуатационных свойств теплозащитного покрытия при одновременном повышении выносливости и циклической прочности деталей с защитными покрытиями.An increase in heat transfer resistance, heat resistance of coatings, and endurance limit of blades made of nickel and cobalt alloys with coatings (tables 1 and 2) indicates that when using the following options for obtaining a heat-protective coating: applying a heat-resistant sublayer and a ceramic layer; exposure of the surface of the scapula before applying the heat-resistant sublayer to ion implant treatment with ions of one of the following elements N, Y, Yt, or combinations thereof; after applying the ceramic layer, applying by the ion-plasma method the first layer of a nickel-based alloy, the second aluminide layer and the third layer of a nickel-based alloy; conducting after coating diffusion annealing in vacuum; and also, when applying the following coating formation options: ion implantation at ion energies of 0.2-100 keV and ion current density from 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 ; use as the material of the first and third layers, as well as a heat-resistant sublayer of alloys of the composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni - the rest or Cr - from 18% to 34%, Al - from 3% to 16%, Y - from 0.2% to 0.7%, Co - from 16% to 30%, Ni - the rest, and their combinations, and for the second layer the use of alloy composition, in wt.%: Si - from 4.0% to 12, 0%; Y - from 1.0 to 2.0%; Al - the rest, as well as the use of the first and third layers as a material, as well as the heat-resistant sublayer of the alloy composition, in wt.%: Cr from 18% to 22%; Al - from 9% to 11%; Y - from 0.5% to 0.7%; Ni - the rest, and for the second layer the use of alloy composition, in wt.%: Si - from 4.0% to 6.0%; Y - from 1.2 to 1.6%; Al is the rest, and the use of ZrO 2 -Y 2 O 3 in the ratio of Y 2 O 3 is 5..9 wt.%, ZrO 2 is the rest, and the thickness of the ceramic layer is from 20 μm to 400 μm, the thickness as ceramic material heat-resistant sublayer from 15 microns to 40 microns, and the thickness of the first, second and third layers from 4 to 12 microns each, but not more than 28 microns of their total thickness; carrying out implantation of ions at an ion energy of 0.2-100 keV and an ion current density of 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 ; conducting before applying the heat-resistant sublayer ion-plasma surface cleaning, and after applying the heat-resistant sublayer, applying a layer of high-temperature solder with a thickness of 1 μm to 40 μm; use as high-temperature solders based on Ni, Co, Fe, Nb, and their combinations, with additives selected from the following elements or their combinations B, Pt, Ti, Cr, Ag, Au, Si, W, V, Y, Yb La, Hf, Ta, In; exposure of the surface of the part before ion-plasma cleaning by electrolyte-plasma polishing; applying a heat-resistant sublayer, as well as the first nickel-based alloy layer, the second aluminide layer and the third nickel-based alloy layer, alternating with periodic implantation with Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si ions, or a combination thereof, with the formation of from 3 to 1500 micro- or nanolayers, separated by implanted micro- or nanolayers; additional application before applying the heat-resistant sublayer to the surface of the blade of the layers of Nb, Pt, Cr or a combination thereof with a thickness of 0.8 μm to 12.0 μm; additional application after applying the heat-resistant sublayer, the transition layer in the form of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, or as a combination of layers of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, or in the form of alloys of Nb, Pt, Hf, Cr, Si, with a transition layer thickness of from 1.5 μm to 12 μm; applying coating layers by gas-thermal and / or vacuum ion-plasma methods and / or magnetron methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum; applying a ceramic coating layer by electron beam evaporation and condensation in vacuum, and after applying a ceramic layer, it is exposed to ion-implantation treatment with Y or Yt ions, when implantation is performed at ion energies of 0.2-100 keV and ion current density of 50 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 , allow to achieve a technical result of the claimed invention - improving the operational properties of the heat-shielding coating while increasing the endurance and cyclic strength of parts with protective coatings.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138037/02A RU2479669C2 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Thermal protective coating obtaining method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138037/02A RU2479669C2 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Thermal protective coating obtaining method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010138037A RU2010138037A (en) | 2012-03-20 |
| RU2479669C2 true RU2479669C2 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=46029827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010138037/02A RU2479669C2 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Thermal protective coating obtaining method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2479669C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690385C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-06-03 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" | Method of applying a corrosion-resistant coating on the surface of a steel blade of a steam turbine |
| RU2702515C1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-10-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of nickel-based alloy part reinforcing treatment (versions) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6123997A (en) * | 1995-12-22 | 2000-09-26 | General Electric Company | Method for forming a thermal barrier coating |
| RU2228387C2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-05-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of application of multi-layer on metal articles |
| RU2264480C2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-11-20 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys |
| US7229675B1 (en) * | 2000-02-17 | 2007-06-12 | Anatoly Nikolaevich Paderov | Protective coating method for pieces made of heat resistant alloys |
| RU2325467C2 (en) * | 2002-09-25 | 2008-05-27 | Вольво Аэро Корпорейшн | Method of forming thermal barrier coating |
-
2010
- 2010-09-13 RU RU2010138037/02A patent/RU2479669C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6123997A (en) * | 1995-12-22 | 2000-09-26 | General Electric Company | Method for forming a thermal barrier coating |
| US7229675B1 (en) * | 2000-02-17 | 2007-06-12 | Anatoly Nikolaevich Paderov | Protective coating method for pieces made of heat resistant alloys |
| RU2264480C2 (en) * | 2000-04-10 | 2005-11-20 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys |
| RU2228387C2 (en) * | 2002-07-22 | 2004-05-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of application of multi-layer on metal articles |
| RU2325467C2 (en) * | 2002-09-25 | 2008-05-27 | Вольво Аэро Корпорейшн | Method of forming thermal barrier coating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702515C1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-10-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of nickel-based alloy part reinforcing treatment (versions) |
| RU2690385C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-06-03 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" | Method of applying a corrosion-resistant coating on the surface of a steel blade of a steam turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010138037A (en) | 2012-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2423550C1 (en) | Heat protecting cover for turbine blades and procedure for its fabrication | |
| JP3302589B2 (en) | Ceramic coated gas turbine blade | |
| JP4166977B2 (en) | High temperature corrosion resistant alloy material, thermal barrier coating material, turbine member, and gas turbine | |
| RU2426819C1 (en) | Heat resistant coating and procedure for its fabrication | |
| JP2008266698A (en) | Heat resistant member with thermal barrier coating | |
| RU2423551C2 (en) | Procedure for application of heat protecting coating | |
| JP2010043351A (en) | Thermal barrier coating and method for production thereof | |
| KR101681195B1 (en) | Thermal Barrier Coating System with Self-Healing Ability | |
| RU2585599C1 (en) | Method for protection of turbomachine blade made from alloyed steel against erosion and salt corrosion | |
| JPH10265934A (en) | Thermal-spray-coated member for use in high temperature environment, and its production | |
| EP0992614A1 (en) | Coatings for turbine components | |
| RU2375499C2 (en) | Method of producing multi-layer heat protecting coating on parts out of heat resistant alloys | |
| RU2479669C2 (en) | Thermal protective coating obtaining method | |
| JP2018162506A (en) | High temperature member and manufacturing method of the same | |
| RU2441103C2 (en) | Method of producing refractory coat | |
| RU94974U1 (en) | HEAT-PROTECTED COATED TURBIN SHOVEL FOR GAS-TURBINE ENGINES AND POWER INSTALLATIONS | |
| RU2479666C1 (en) | Formation method of thermal protective coating on parts of gas turbines from nickel and cobalt alloys | |
| JP2006328499A (en) | Thermal barrier coating, gas turbine high-temperature component, and gas turbine | |
| RU2165475C2 (en) | Method of protection of steel machine components from salt attack | |
| RU2426817C2 (en) | Procedure for forming heat shielding coating on turbine blade of heat resistant nickel aloys | |
| RU2496911C2 (en) | Method of applying heat coating of nickel or cobalt alloy on gas turbine parts | |
| RU2445199C2 (en) | Method of hardening turbo machine nozzle vane unit made from nickel and cobalt alloys | |
| RU2441104C2 (en) | Method of producing refractory coat | |
| RU2441102C2 (en) | Method of producing refractory coat of gas turbine vanes | |
| RU95337U1 (en) | REINFORCED HEAT PROTECTIVE COATING |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130914 |