RU2499078C1 - Production method of erosion-resistant heat-protective coatings - Google Patents

Production method of erosion-resistant heat-protective coatings Download PDF

Info

Publication number
RU2499078C1
RU2499078C1 RU2012130369/02A RU2012130369A RU2499078C1 RU 2499078 C1 RU2499078 C1 RU 2499078C1 RU 2012130369/02 A RU2012130369/02 A RU 2012130369/02A RU 2012130369 A RU2012130369 A RU 2012130369A RU 2499078 C1 RU2499078 C1 RU 2499078C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
cermet
composition
erosion
nickel
Prior art date
Application number
RU2012130369/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Валентинович Сайгин
Александр Викторович Сафронов
Галина Николаевна Тишина
Екатерина Михайловна Полежаева
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") filed Critical Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит")
Priority to RU2012130369/02A priority Critical patent/RU2499078C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2499078C1 publication Critical patent/RU2499078C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention can be used for protection of heat-loaded assemblies and elements of structure of propulsion systems against thermal and erosion destruction in a jet of high-temperature fuel combustion products namely containing a condensed phase applying plasma sputtering of erosion-resistant heat-protective coatings. First, an intermediate layer from nichrome is applied, onto which a layer of cermet composition with thickness of 100 ÷ 150 mcm is sputtered. As cermet composition, there used is mechanical mixture of equivolumetric composition of powders of hafnium dioxide with dispersity of 10 ÷ 63 mcm and cladded with tungsten nickel with nickel content of 6 ÷ 10 wt % with dispersity of 40 ÷ 63 mcm. Then, a layer of hafnium dioxide with thickness of 200 ÷ 250 mcm is sputtered. Hafnium dioxide powder contains a stabilising additive - sodium oxide, the content of which is 7 ÷ 10 mol %.
EFFECT: improving resistance of coatings to thermal erosion destruction, and namely to combustion products of mixed solid fuel, which contain a condensed phase.
3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, в т.ч. содержащих конденсированную фазу.The invention relates to the field of powder metallurgy and can be used to protect heat-loaded units and structural elements of propulsion systems from thermal and erosive destruction in a jet of high-temperature products of fuel combustion, including containing condensed phase.

Известны различные способы плазменного напыления эрозионно-стойких теплозащитных покрытий (ЭТЗП). Одним из них является нанесение на защищаемую поверхность теплозащитного покрытия, содержащего металлический подслой толщиной 80÷120 мкм из жаростойкого сплава, например, нихрома и основной теплозащитный слой из диоксида циркония (ZrO2) толщиной 150÷200 мкм (см., напр., ОС 92-1406-68 «Покрытия эрозионностойкие неметаллические»). Недостатком способа является то, что получаемые покрытия имеют низкие значения отрывной прочности и термостойкости (σА~3,5÷4,5 МПа, n~6÷8 циклов) и не обеспечивают работоспособность теплонагруженных узлов в условиях многоразового воздействия высокотемпературных газовых потоков продуктов сгорания.There are various methods of plasma spraying erosion-resistant heat-resistant coatings (ETZP). One of them is the application of a heat-protective coating to the surface to be protected, containing a metal sublayer with a thickness of 80 ÷ 120 μm from a heat-resistant alloy, for example, nichrome and the main heat-protective layer of zirconium dioxide (ZrO 2 ) with a thickness of 150 ÷ 200 μm (see, e.g., OS 92-1406-68 "Coatings erosion-resistant non-metallic"). The disadvantage of this method is that the resulting coatings have low values of tear strength and heat resistance (σ A ~ 3.5 ÷ 4.5 MPa, n ~ 6 ÷ 8 cycles) and do not provide the health of heat-loaded units under conditions of repeated exposure to high-temperature gas flows of combustion products .

Известен способ нанесения эрозионностойких теплозащитных покрытий (ЭТЗП) (см. патент на изобретение №2283363), принятый за прототип, в котором повышение служебных характеристик плазменных покрытий достигается за счет напыления подслоя нихрома и керметной композиции, содержащей 50÷80 масс.% диоксида циркония и 50÷20 масс.% нихрома, при этом керметную композицию готовят из порошков диоксида циркония и нихрома с размером частиц 10÷40 мкм и 40÷100 мкм соответственно. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает необходимый ресурс работы теплонагруженных элементов конструкции пусковых устройств, подвергающихся воздействию содержащих конденсированную фазу (Al2O3) продуктов сгорания ракетных двигателей на твердом топливе (ТТ).A known method of applying erosion-resistant heat-protective coatings (ETZP) (see patent for the invention No. 2283363), adopted as a prototype, in which the increase in the service characteristics of plasma coatings is achieved by spraying a sublayer of nichrome and cermet composition containing 50 ÷ 80 wt.% Zirconia and 50 ÷ 20 wt.% Nichrome, while the cermet composition is prepared from zirconia and nichrome powders with a particle size of 10 ÷ 40 μm and 40 ÷ 100 μm, respectively. The disadvantage of this method is that it does not provide the necessary service life of the heat-loaded structural elements of the starting devices that are exposed to the condensed phase (Al 2 O 3 ) products of the combustion of solid propellant rocket engines (TT).

Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости покрытий к термоэрозионному разрушению, а именно, к содержащих конденсированную фазу продуктам сгорания смесевого твердого топлива.The objective of the present invention is to increase the resistance of coatings to thermal erosion destruction, namely, to the condensed phase containing combustion products of a mixed solid fuel.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения эрозионностойких теплозащитных покрытий, включающем плазменное напыление подслоя нихрома и керметной композиции на основе тугоплавкого диоксида металла и никельсодержащего материала, согласно изобретению, для керметной композиции используют механическую смесь эквиобъемного состава порошков диоксида гафния дисперсностью 10÷63 мкм и плакированного никелем вольфрама с содержанием никеля 6÷10% масс. дисперсностью 40÷63 мкм при толщине слоя 100÷150 мкм и дополнительно напыляют слой диоксида гафния толщиной 200÷250 мкм, при этом в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида гафния используют оксид иттрия, содержание которого составляет величину 7÷10 мол.%.The problem is achieved in that in the method of applying erosion-resistant heat-protective coatings, including plasma spraying a nichrome sublayer and a cermet composition based on refractory metal dioxide and a nickel-containing material, according to the invention, a mechanical mixture of an equivolume composition of hafnium dioxide powders with a dispersion of 10 ÷ 63 μm and Nickel plated tungsten with a nickel content of 6 ÷ 10% of the mass. fineness of 40 ÷ 63 μm with a layer thickness of 100 ÷ 150 μm and an additional layer of hafnium dioxide with a thickness of 200 ÷ 250 μm is additionally sprayed, while yttrium oxide is used as a stabilizing additive in hafnium dioxide powder, the content of which is 7 ÷ 10 mol%.

Суть предложенного способа плазменного напыления ЭТЗП заключается в следующем. Проводят пескоструйную обработку поверхности изделий, подвергающуюся воздействию высокотемпературных продуктов сгорания топлива. В качестве абразивного материала используют карбид кремния или электрокорунд. Дисперсность абразива и давление воздуха в магистрали пескоструйной установки должны обеспечить шероховатость поверхности Rz не ниже 40 мкм. После пескоструйной обработки поверхность обдувается чистым сжатым воздухом, обезжиривается ацетоном и обезвоживается этиловым спиртом. Далее проводят плазменное напыление подслоя нихрома. Режимы плазменного напыления и гранулометрический состав используемого порошка нихрома должны обеспечить формирование подслоя толщиной 70÷90 мкм, что является оптимальным для достижения требуемого уровня адгезионной прочности ЭТЗП данного типа. После напыления подслоя последовательно проводят плазменное напыление промежуточного керметного и внешнего керамического слоев, используя при этом порошки диоксида гафния и вольфрама, плакированного никелем. Состав и структура ЭТЗП, а также толщины его слоев были выбраны на основе оценочных математических расчетов по определению нестационарных температурных режимов теплозащитных покрытий и скорректированы в процессе отработки способа на модельном стенде. Модельные стендовые испытания ЭТЗП выполняли с использованием зарядов натурного смесевого топлива и критерием правильности выбора режимов теплового нагружения было соответствие величин термоэрозионного разрушения модельных образцов без теплозащитных покрытий реальным уносам при работе штатных изделий. Металлографические исследования состояния ЭТЗП после модельных стендовых испытаний показали, что при выходе характеристик покрытия по составу и толщинам за указанные интервалы (эквиобъемный состав, толщина керметного слоя 100÷150 мкм, слоя HfO2 - 200÷250 мкм) происходит локальный перегрев какого-либо из слоев покрытия или защищаемой поверхности и, как следствие, - разрушение всего покрытия в целом.The essence of the proposed method of plasma spraying ETZP is as follows. Sandblasting of the surface of the products is carried out, exposed to high-temperature products of fuel combustion. As the abrasive material using silicon carbide or electrocorundum. The dispersion of the abrasive and the air pressure in the sandblasting line should ensure a surface roughness of R z not lower than 40 microns. After sandblasting, the surface is blown with clean compressed air, degreased with acetone and dehydrated with ethyl alcohol. Next, plasma spraying of the nichrome sublayer is performed. The plasma spraying regimes and particle size distribution of the used nichrome powder should ensure the formation of a sublayer with a thickness of 70 ÷ 90 μm, which is optimal to achieve the required level of adhesive strength of this type of ETZP. After deposition of the sublayer, plasma spraying of the intermediate cermet and outer ceramic layers is successively carried out using hafnium dioxide and tungsten dioxide plated with nickel. The composition and structure of ETZP, as well as the thickness of its layers, were selected on the basis of evaluative mathematical calculations to determine the unsteady temperature conditions of heat-protective coatings and adjusted in the process of testing the method on a model bench. ETZP model bench tests were carried out using full-charge mixed-fuel charges, and the criterion for the correct choice of thermal loading modes was the correspondence between the values of thermoerosive fracture of model samples without heat-shielding coatings and real ablation during the operation of standard products. Metallographic studies of the ETZP state after model bench tests showed that when the coating characteristics by composition and thickness are exceeded for the indicated intervals (equivolume composition, cermet layer thickness 100 ÷ 150 μm, HfO 2 layer - 200 ÷ 250 μm), a local overheating of any layers of the coating or surface to be protected and, as a result, the destruction of the entire coating as a whole.

Выбор для плазменного формирования керметной композиции порошков HfO2 и WNi указанного гранулометрического размера, а также массового содержания никеля в виде плакирующей оболочки в вольфрамовом порошке обусловлен необходимостью получения требуемых теплофизических характеристик данного слоя и обеспечения стабильности и воспроизводимости процесса напыления в части соотношения керамической и металлической составляющих (фазового состава) в керметной композиции HfO2-WNi. При массовом содержании никеля менее 6÷10% имеет место интенсивное окисление вольфрама в плазменной струе, что приводит к неконтролируемому изменению фазового состава керметного слоя; более высокое содержание никеля вызывает ухудшает теплофизические свойства данного слоя в части снижения допустимой рабочей температуры.The choice of the specified particle size distribution and the mass content of nickel in the form of a cladding shell in a tungsten powder for plasma formation of the cermet composition of HfO 2 and W Ni powders is due to the need to obtain the required thermophysical characteristics of this layer and to ensure stability and reproducibility of the deposition process in terms of the ratio of ceramic and metal components (phase composition) in the cermet composition HfO 2 -W Ni . When the mass content of nickel is less than 6–10%, intense tungsten oxidation occurs in the plasma jet, which leads to an uncontrolled change in the phase composition of the cermet layer; a higher nickel content causes a deterioration in the thermophysical properties of this layer in terms of reducing the allowable working temperature.

Известно, что диоксид гафния обладает полиморфными превращениями, сопровождающимися изменением объема, что, очевидно, отрицательно отражается на термостойкости покрытий, работающих в условиях воздействия продуктов сгорания смесевого ракетного топлива. Для устранения данного явления в HfO2 вводят добавки (MgO, CaO, Y2O3, и др.), стабилизирующие кубическую форму диоксида гафния со структурой типа флюорита.It is known that hafnium dioxide has polymorphic transformations accompanied by a change in volume, which, obviously, negatively affects the heat resistance of coatings operating under the influence of combustion products of mixed rocket fuel. To eliminate this phenomenon, additives (MgO, CaO, Y 2 O 3 , etc.) are introduced into HfO 2 , which stabilize the cubic form of hafnium dioxide with a fluorite-type structure.

Предлагаемый способ получения ЭТЗП отрабатывался для порошка HfO2, стабилизированного оксидом иттрия, поскольку в этой системе (HfO2-Y2O3) зафиксирована достаточно широкая область существования твердых кубических растворов (см., например, А.В. Шевченко, Л.М. Лопато и др., Изв. АН СССР, неорг. мат., 23, №3, 452 (1987); В.Б. Глушкова, Н.И. Марков и др., Изв. АН СССР, неорг. мат., 19, №10, 1689 (1983)).The proposed method for the preparation of ETZP was developed for yttrium stabilized HfO 2 powder, since in this system (HfO 2 -Y 2 O 3 ) a fairly wide area of existence of solid cubic solutions was recorded (see, for example, A.V. Shevchenko, L.M. Lopato et al., Izv. AN SSSR, inorgan. Mat., 23, No. 3, 452 (1987); VB Glushkova, N.I. Markov et al., Izv. AN SSSR, inorgan. 19, No. 10, 1689 (1983)).

В ходе экспериментальной отработки способа рассматривали покрытия на основе порошка HfO2, стабилизированного 7÷10 и 15÷20% мол. оксида иттрия. Было установлено, что при указанных грансоставе исходных порошков и толщинах структурных составляющих ЭТЗП, наилучшей термоэрозионной стойкостью обладают покрытия, полученные при использовании порошка диоксида гафния, содержащего 7÷10% мол. Y2O3.During the experimental testing of the method, coatings based on HfO 2 powder stabilized at 7 ÷ 10 and 15 ÷ 20 mol% were considered. yttrium oxide. It was found that with the indicated granular composition of the initial powders and the thicknesses of the structural components of ETZP, the coatings obtained using hafnium dioxide powder containing 7–10 mol% have the best thermal erosion resistance. Y 2 O 3 .

ПримерыExamples

Модельные образцы теплонагруженных узлов изделий, выполненные из стали 12Х18Н10Т, подвергали пескоструйной обработке карбидом кремния марки 54С. Давление сжатого воздуха в магистрали составляло 5,5 атм. После пескоструйной обработки поверхность обезжиривали ацетоном и протирали этиловым спиртом. Нихромовый подслой (NiCr), керметную композицию (HfO2-WNi) и слой диоксида гафния (HfO2) наносили с использованием плазменной установки УПУ-3Д в комплекте с распылителем УПР-2М. Транспортировку порошков и порошковых смесей к распылителю осуществляли роторным питателем марки ДПР-1.Model samples of heat-loaded product units made of steel 12X18H10T were subjected to sandblasting with 54C grade silicon carbide. The compressed air pressure in the line was 5.5 atm. After sandblasting, the surface was degreased with acetone and rubbed with ethyl alcohol. A nichrome sublayer (NiCr), a cermet composition (HfO 2 -W Ni ) and a layer of hafnium dioxide (HfO 2 ) were deposited using a UPU-3D plasma unit complete with an UPR-2M spray gun. Powders and powder mixtures were transported to the atomizer using a DPR-1 rotary feeder.

Для напыления подслоя использовали порошок марки ПХ20Н80-56-26 по ГОСТ 13084-80. Плакирование никелем порошка вольфрама проводили методом разложения карбонилов; массовое содержание никеля в порошке вольфрама составляло 6÷10%. Требуемые фракции порошков выделяли ситовым методом в комбинации с гидроклассификацией (для порошка HfO2). Приготовление керметных смесей выполняли на приборе для взбалтывания 022. Режимы напыления керметного слоя и слоя диоксида гафния:Powder of the grade ПХ20Н80-56-26 according to GOST 13084-80 was used for spraying the sublayer. Nickel plating of tungsten powder was carried out by the decomposition of carbonyls; the mass content of nickel in the tungsten powder was 6–10%. The required powder fractions were isolated by a sieve method in combination with hydroclassification (for HfO 2 powder). The preparation of cermet mixtures was performed on a device for shaking 022. The spraying modes of the cermet layer and the hafnium dioxide layer are:

- плазмообразующий газ - смесь Ar+H2;- plasma-forming gas - a mixture of Ar + H 2 ;

- ток дуги, I, А - 420±20;- arc current, I, A - 420 ± 20;

- напряжение на дуге, Uд, В - 90±5;- voltage across the arc, U d , V - 90 ± 5;

- расход газа (Ar) на транспортировку порошка, л/мин - 4÷5.- gas consumption (Ar) for powder transportation, l / min - 4 ÷ 5.

Перед напылением ЭТЗП на модельные образцы теплонагруженных узлов изделий проводили подбор толщин структурных составляющих покрытия на технологических образцах путем варьирования расходными характеристиками порошкового питателя ДПР-1 и скоростью перемещения плазменного распылителя УПР-2М относительно напыляемой поверхности.Before spraying ETZP on model samples of heat-loaded product units, the thicknesses of the structural components of the coating on technological samples were selected by varying the flow characteristics of the DPR-1 powder feeder and the speed of movement of the UPR-2M plasma sprayer relative to the sprayed surface.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили плазменное напыление ЭТЗП на модельные образцы теплонагруженных узлов из той же стали известным способом.To obtain comparative data, a plasma deposition of ETZP was carried out in parallel on model samples of heat-loaded nodes from the same steel in a known manner.

Обобщенные и систематизированные результаты сравнительных испытаний покрытий на модельном стенде по известному и предложенному способам, а также результаты испытаний ЭТЗП по известному способу с дополнительным слоем диоксида циркония представлены в табл.1. Кроме того, в указанной таблице приведены результаты стендовых испытаний композиционных ЭТЗП на основе порошков диоксида циркония и нихрома с гранулометрическим размером частиц по предложенному способу:The generalized and systematic results of comparative tests of coatings on a model stand according to the known and proposed methods, as well as the results of ETZP tests according to the known method with an additional layer of zirconium dioxide, are presented in Table 1. In addition, the table shows the results of bench tests of composite ETZP based on zirconia and nichrome powders with particle size distribution according to the proposed method:

ZrO2 - 10-63 мкм; NiCr - 40÷63 мкм.ZrO 2 - 10-63 microns; NiCr - 40 ÷ 63 μm.

Из табл.1 видно, что эффективность предложенного способа нанесения покрытий по сравнению с известным выше в 1,7÷2,5 раза.From table 1 it is seen that the effectiveness of the proposed method of coating compared with the known above in 1.7 ÷ 2.5 times.

Как было отмечено ранее, гранулометрический размер частиц исходных порошковых материалов для плазменного формирования промежуточного слоя, а также массовое содержание никеля в порошке вольфрама определяют фазовый состав данной структурной составляющей ЭТЗП.As noted earlier, the particle size distribution of the starting powder materials for the plasma formation of the intermediate layer, as well as the mass content of nickel in the tungsten powder, determine the phase composition of this structural component of ETZP.

В табл.2 приведены результаты испытаний по изучению влияния фазового состава керметной композиции и толщин слоев на ресурс работы теплозащитного пакета.Table 2 shows the test results for studying the effect of the phase composition of the cermet composition and layer thicknesses on the life of the heat-shielding package.

В табл.3 представлены данные по экспериментальному исследованию влияния на фазовый состав промежуточного керметного слоя дисперсности порошков диоксида гафния и вольфрама, а также массового содержания никеля в порошке вольфрама в виде плакирующей оболочки. Критерием выбора перечисленных признаков являлось соответствие фазового состава промежуточного слоя составу исходной механической смеси для его плазменного напыления. В качестве исходной механической смеси для формирования ЭТЗП использовали смесь по предложенному способу - эквиобъемное содержание порошков HfO2 и WNi Из табл.3 видно, что несоблюдение требований по дисперсности порошков, а также по содержанию никеля в порошке вольфрама не позволяет получить необходимый фазовый состав промежуточного слоя и, следовательно, обеспечить достижение цели изобретения (см. п.3 табл. №2).Table 3 presents data on an experimental study of the effect on the phase composition of the intermediate cermet layer of the dispersion of hafnium dioxide and tungsten dioxide powders, as well as the mass content of nickel in tungsten powder in the form of a cladding shell. The criterion for the selection of the listed features was the correspondence of the phase composition of the intermediate layer to the composition of the initial mechanical mixture for its plasma spraying. As the initial mechanical mixture for the formation of ETZP, we used a mixture according to the proposed method — the equivolume content of HfO 2 and W Ni powders. Table 3 shows that non-compliance with the requirements for the dispersion of the powders, as well as the nickel content of tungsten powder, does not allow to obtain the required phase composition of the intermediate layer and, therefore, to achieve the objective of the invention (see paragraph 3 of table. No. 2).

Таблица 1Table 1 Результаты сравнительных испытаний ЭТЗП на модельном стендеThe results of comparative tests of ETZP on a model stand № п/пNo. p / p Состав ЭТЗП, толщины слоев, дисперсность исходных порошковых материаловThe composition of ETZP, layer thicknesses, the dispersion of the starting powder materials Число нагружений в условиях стендаThe number of loads in the conditions of the stand Состояние покрытия после нагруженияCondition of coating after loading 1.one. Модельные образцы без покрытия (материал образцов - сталь 12Х18Н10Т)Model samples without coating (sample material - steel 12X18H10T) 1one Эрозия материала образца на глубину ~1,5 ммErosion of the sample material to a depth of ~ 1.5 mm 2.2. Покрытие по предложенному способу:The coating according to the proposed method: 5x) 5 x) Эрозия материала модельного образца отсутствует.Erosion of the material of the model sample is absent. NiCr + кермет (50% об. HfO2+50% об. WNi) + HfO2 NiCr + cermet (50% vol. HfO 2 + 50% vol. W Ni ) + HfO 2 Металлографический контроль состояния ЭТЗП после 5-ти нагружений показал, что структура покрытия практически, сохранилась, имеется незначительный (~10÷20 мкм) унос внешнего керамического слояMetallographic monitoring of the ETZP state after 5 loads showed that the coating structure is practically preserved, there is a slight (~ 10 ÷ 20 μm) ablation of the outer ceramic layer Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm): - NiCr - 60÷90;- NiCr - 60 ÷ 90; - кермет - 100÷150;- cermet - 100 ÷ 150; - HfO2 - 200÷250.- HfO 2 - 200 ÷ 250. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): - HfO2 - 10÷63;- HfO 2 - 10 ÷ 63; - WNi - 40÷63.- W Ni - 40 ÷ 63. Содержание Y2O3 в порошке HfO2 - 7÷10% мол.The content of Y 2 O 3 in the HfO 2 powder is 7 ÷ 10 mol%. 3.3. Покрытие по предложенному способу:The coating according to the proposed method: 5x) 5 x) Эрозия материала модельного образца отсутствует.Erosion of the material of the model sample is absent. NiCr + кермет (50% об. HfO2+50% об. WNi) + HfO2 NiCr + cermet (50% vol. HfO 2 + 50% vol. W Ni ) + HfO 2   Металлографический контроль состояния ЭТЗП после 5-ти нагружений показал, что внешний керамический слой полностью отсутствует.Metallographic monitoring of the state of ETZP after 5 loads showed that the outer ceramic layer is completely absent. Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm): - NiCr - 60÷90;- NiCr - 60 ÷ 90; - кермет - 100÷150;- cermet - 100 ÷ 150; - HfO2 - 200÷250.- HfO 2 - 200 ÷ 250. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): Имеет место унос промежуточного керметного слоя на глубину ~30÷50 мкм.The ablation of the intermediate cermet layer to a depth of ~ 30–50 μm takes place. - HfO2 - 10÷63;- HfO 2 - 10 ÷ 63; - WNi - 40÷63.- W Ni - 40 ÷ 63. Содержание Y2O3 в порошке HfO2 - 15÷20% мол.The content of Y 2 O 3 in the powder HfO 2 - 15 ÷ 20 mol%. 4.four. Покрытие по известному способу:Coating by a known method:     NiCr + кермет (50 масс.% ZrO2 + 50 масс.% NiCr)NiCr + cermet (50 wt.% ZrO 2 + 50 wt.% NiCr) 22 Полное разрушение покрытия.Complete destruction of the coating. Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm):   Эрозия материала подложки (ст. 12Х18Н10Т) на глубину 0,5÷0,8 мм.Erosion of the substrate material (st. 12X18H10T) to a depth of 0.5 ÷ 0.8 mm. - NiCr - 60÷90;- NiCr - 60 ÷ 90; - кермет - 100÷150.- cermet - 100 ÷ 150. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): - ZrO2 - 10÷40;- ZrO 2 - 10 ÷ 40; - NiCr - 40÷100.- NiCr - 40 ÷ 100. 5.5. Покрытие по известному способу:Coating by a known method:     NiCr + кермет (80 масс.% ZrO2 + 20 масс.% NiCr)NiCr + cermet (80 wt.% ZrO 2 + 20 wt.% NiCr) 22 Полное разрушение покрытия.Complete destruction of the coating. Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm):   - NiCr - 60÷90;- NiCr - 60 ÷ 90;   Эрозия материала подложки (ст. 12Х18Н10Т) на глубину 0,4÷0,6 мм.Erosion of the substrate material (st. 12X18H10T) to a depth of 0.4 ÷ 0.6 mm. - кермет - 100÷150.- cermet - 100 ÷ 150. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): - ZrO2 - 10÷40;- ZrO 2 - 10 ÷ 40; - NiCr - 40÷100.- NiCr - 40 ÷ 100. 6.6. Покрытие по известному способу с дополнительным слоем диоксида циркония:The coating according to the known method with an additional layer of zirconium dioxide: 33   NiCr + кермет (50 масс.% ZrO2 + 50 масс.% NiCr) + ZrO2 NiCr + cermet (50 wt.% ZrO 2 + 50 wt.% NiCr) + ZrO 2   Полное разрушение покрытия.Complete destruction of the coating. Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm): Унос материала образца на глубину 0,2÷0,4 мм.The ablation of the sample material to a depth of 0.2 ÷ 0.4 mm - NiCr - 80±10;- NiCr - 80 ± 10; - кермет - 140±15;- cermet - 140 ± 15; - ZrO2 - 230±20.- ZrO 2 - 230 ± 20. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): - ZrO2 - 10÷40;- ZrO 2 - 10 ÷ 40; - NiCr - 40÷100.- NiCr - 40 ÷ 100. 7.7. Состав покрытия:Coating Composition:     NiCr + кермет (80 масс.% ZrO2 + 20 масс.% NiCr)NiCr + cermet (80 wt.% ZrO 2 + 20 wt.% NiCr) 22   Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm):   Полное разрушение покрытия.Complete destruction of the coating. - NiCr - 60÷90;- NiCr - 60 ÷ 90; - кермет - 100÷150.- cermet - 100 ÷ 150. Эрозия материала подложки (ст. 12Х18Н10Т) на глубину 0,6÷0,8 мм.Erosion of the substrate material (st. 12X18H10T) to a depth of 0.6 ÷ 0.8 mm. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm): - ZrO2 - 10÷63;- ZrO 2 - 10 ÷ 63; - NiCr - 40÷63.- NiCr - 40 ÷ 63. 8.8. Состав покрытия:Coating Composition:     NiCr + кермет (50 об.% ZrO2 + 50 об.% NiCr) + ZrO2 NiCr + cermet (50 vol.% ZrO 2 + 50 vol.% NiCr) + ZrO 2 33   Толщины слоев (мкм):Layer Thickness (μm):   Полное разрушение покрытия.Complete destruction of the coating. - NiCr - 90±10;- NiCr - 90 ± 10; - кермет - 120±20;- cermet - 120 ± 20; Унос материала образца на глубину 0,2÷0,4 мм.The ablation of the sample material to a depth of 0.2 ÷ 0.4 mm - ZrO2 - 240±10.- ZrO 2 - 240 ± 10. Дисперсность порошков в кермете (мкм):The dispersion of the powders in the cermet (μm):   - ZrO2 - 10÷63;- ZrO 2 - 10 ÷ 63;   - NiCr - 40÷63.- NiCr - 40 ÷ 63.   x) в соответствии с программой-методикой стендовой отработки покрытий, требования которой были определены из условий функционирования штатных изделий, нагружение более 5 раз не проводили. x) in accordance with the program-methodology for bench testing of coatings, the requirements of which were determined from the conditions of functioning of standard products, loading was not performed more than 5 times.

Таблица 2table 2 Влияние толщин слоев и фазового состава промежуточного слоя на ресурс работы покрытияThe effect of layer thicknesses and phase composition of the intermediate layer on the life of the coating №№ п/п№№ Состав покрытия, толщины слоев, соотношение компонентов в промежуточной керметной композицииCoating composition, layer thicknesses, ratio of components in the intermediate cermet composition Число нагружений до разрушения покрытияThe number of loads before the destruction of the coating 1.one. Фазовый состав промежуточного слоя и его толщина соответствуют предложенному способу.The phase composition of the intermediate layer and its thickness correspond to the proposed method.   Слой диоксида гафния (HfO2):Hafnium Dioxide (HfO 2 ) Layer:   а) отсутствуетa) missing 1one б) толщина равна 100÷150 мкмb) the thickness is 100 ÷ 150 microns 33 в) толщина равна 300÷350 мкмc) the thickness is 300 ÷ 350 microns 22 2.2. Толщина слоя диоксида гафния и фазовый состав промежуточного слоя соответствуют предложенному способу.The thickness of the hafnium dioxide layer and the phase composition of the intermediate layer correspond to the proposed method.   Толщина промежуточного слоя:The thickness of the intermediate layer:   а) меньше 50 мкмa) less than 50 microns 1one б) больше 200 мкмb) more than 200 microns 22 3.3. Толщина промежуточного слоя и слоя диоксида гафния соответствуют предложенному способу.The thickness of the intermediate layer and the layer of hafnium dioxide correspond to the proposed method.   Фазовый состав промежуточного слоя:The phase composition of the intermediate layer:   а) 30 об.% HfO2 + 70 об.% WNi a) 30 vol.% HfO 2 + 70 vol.% W Ni 4four б) 70 об.% HfO2 + 30 об.% WNi b) 70 vol.% HfO 2 + 30 vol.% W Ni 33 Примечание: Результаты испытаний покрытия, полностью отвечающего предложенному способу, приведены в табл.1Note: The test results of the coating, fully meeting the proposed method, are shown in table 1

Таблица 3Table 3 Влияние дисперсности исходных порошков механической смеси и массового содержания никеля в порошке вольфрама на фазовый состав промежуточного керметного слояThe effect of the dispersion of the initial powders of the mechanical mixture and the mass content of nickel in the tungsten powder on the phase composition of the intermediate cermet layer №№ п/п№№ Дисперсность исходных порошков диоксида гафния и вольфрама, содержание никеля в порошке вольфрама (масс.%)The dispersion of the initial powders of hafnium dioxide and tungsten, the nickel content in the tungsten powder (wt.%) Объемное содержание вольфрама в промежуточном слое, (%)The volumetric content of tungsten in the intermediate layer, (%) 1.one. Покрытие по предложенному способуThe coating according to the proposed method 48÷5248 ÷ 52 Дисперсность порошка HfO2 - 10÷63 мкмThe dispersion of the powder HfO 2 - 10 ÷ 63 microns   Содержание Ni в порошке W - 6÷10 масс.%The Ni content of the powder W - 6 ÷ 10 wt.%   2.2. Дисперсность порошка W:Powder Dispersion W:   - ≤40 мкм;- ≤40 microns; 20÷2520 ÷ 25 - 63÷100 мкм.- 63 ÷ 100 microns. 25÷3025 ÷ 30   Дисперсность порошка W - 40÷63 мкмThe dispersion of the powder W - 40 ÷ 63 microns   Содержание Ni в порошке W - 6÷10 масс.%The Ni content of the powder W - 6 ÷ 10 wt.%   3.3. Дисперсность порошка HfO2:The dispersion of the powder HfO 2 :   - 0÷10 мкм;- 0 ÷ 10 microns; 80÷8580 ÷ 85 - 63÷100 мкм.- 63 ÷ 100 microns. 65÷7065 ÷ 70 4.four. Дисперсность порошков HfO2 и WNi соответствует предложенному способу.The dispersion of the powders HfO 2 and W Ni corresponds to the proposed method. 25-3025-30 Массовое содержание Ni в порошкеMass content of Ni in powder W - 2÷4%W - 2 ÷ 4% Примечание: 1. Порошки диоксида гафния и вольфрама с большим размером частиц не исследовали из-за низкого коэффициента использования.Note: 1. Hafnium and tungsten dioxide powder with a large particle size was not investigated due to the low utilization rate. 2. Массовое содержание никеля в порошке вольфрама более 10% не рассматривали, т.к. это приводит к снижению теплофизических характеристик промежуточного керметного слоя.2. The mass content of nickel in the tungsten powder of more than 10% was not considered, because this leads to a decrease in the thermophysical characteristics of the intermediate cermet layer.

Claims (1)

Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий, включающий плазменное напыление подслоя нихрома и слоя керметной композиции на основе тугоплавкого диоксида металла и никельсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве керметной композиции используют механическую смесь эквиобъемного состава порошков диоксида гафния дисперсностью 10÷63 мкм и плакированного никелем вольфрама с содержанием никеля 6÷10 мас.% дисперсностью 40÷63 мкм, напыляют слой толщиной 100÷150 мкм, затем дополнительно напыляют слой из порошка диоксида гафния толщиной 200÷250 мкм, при этом в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида гафния используют оксид иттрия, содержание которого составляет 7÷10 мол.%. A method for producing erosion-resistant heat-protective coatings, including plasma spraying of a nichrome sublayer and a cermet composition layer based on refractory metal dioxide and nickel-containing material, characterized in that a mechanical mixture of an equivolume composition of hafnium dioxide powders with a dispersion of 10 ÷ 63 μm and tungsten nickel plated with nickel is used as a cermet composition nickel content of 6 ÷ 10 wt.% dispersion 40 ÷ 63 μm, a layer with a thickness of 100 ÷ 150 μm is sprayed, then a layer of ha dioxide powder is additionally sprayed fniya with a thickness of 200 ÷ 250 microns, while yttrium oxide, the content of which is 7 ÷ 10 mol.%, is used as a stabilizing additive in hafnium dioxide powder.
RU2012130369/02A 2012-07-17 2012-07-17 Production method of erosion-resistant heat-protective coatings RU2499078C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130369/02A RU2499078C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Production method of erosion-resistant heat-protective coatings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130369/02A RU2499078C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Production method of erosion-resistant heat-protective coatings

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2499078C1 true RU2499078C1 (en) 2013-11-20

Family

ID=49710139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012130369/02A RU2499078C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Production method of erosion-resistant heat-protective coatings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2499078C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107340139A (en) * 2017-06-21 2017-11-10 北京卫星环境工程研究所 The fire trial of electric propulsion Space Vehicle System level sputters target assembly
RU2675005C1 (en) * 2017-10-05 2018-12-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Heat protective coating
EA031995B1 (en) * 2017-04-05 2019-03-29 Белорусский Национальный Технический Университет Gas-thermal coating application method
EA033973B1 (en) * 2018-07-19 2019-12-16 Белорусский Национальный Технический Университет Method for producing ceramic powder
RU2714345C1 (en) * 2019-06-21 2020-02-14 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Method of producing a gradient nanocomposite heat-shielding coating
RU2751499C1 (en) * 2020-10-20 2021-07-14 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Method for applying heatproof wear-resistant coating to cast iron and steel parts
CN115927995A (en) * 2022-12-26 2023-04-07 中国科学院赣江创新研究院 Thermal protection coating of tungsten-copper composite material and preparation method and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2120494C1 (en) * 1997-06-17 1998-10-20 Международный Центр Электронно-Лучевых Технологий Института Электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины Method of applying protective coatings with chemical composition and structure gradient along its thickness with outside ceramic layer (version)
RU2283363C2 (en) * 2003-07-15 2006-09-10 ОАО "Композит" Method of making erosion-resistant heat-protective coats
EP1801248A2 (en) * 2005-12-22 2007-06-27 Momentive Performance Materials Inc. Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof
EP2397572A1 (en) * 2010-06-17 2011-12-21 General Electric Company Wear-resistant and low-friction coatings and articles coated therewith
RU2451043C2 (en) * 2005-11-02 2012-05-20 Х.К. Штарк Инк. Strontium and titanium oxides and abrasive coatings obtained on their basis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2120494C1 (en) * 1997-06-17 1998-10-20 Международный Центр Электронно-Лучевых Технологий Института Электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины Method of applying protective coatings with chemical composition and structure gradient along its thickness with outside ceramic layer (version)
RU2283363C2 (en) * 2003-07-15 2006-09-10 ОАО "Композит" Method of making erosion-resistant heat-protective coats
RU2451043C2 (en) * 2005-11-02 2012-05-20 Х.К. Штарк Инк. Strontium and titanium oxides and abrasive coatings obtained on their basis
EP1801248A2 (en) * 2005-12-22 2007-06-27 Momentive Performance Materials Inc. Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof
EP2397572A1 (en) * 2010-06-17 2011-12-21 General Electric Company Wear-resistant and low-friction coatings and articles coated therewith

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA031995B1 (en) * 2017-04-05 2019-03-29 Белорусский Национальный Технический Университет Gas-thermal coating application method
CN107340139A (en) * 2017-06-21 2017-11-10 北京卫星环境工程研究所 The fire trial of electric propulsion Space Vehicle System level sputters target assembly
RU2675005C1 (en) * 2017-10-05 2018-12-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Heat protective coating
EA033973B1 (en) * 2018-07-19 2019-12-16 Белорусский Национальный Технический Университет Method for producing ceramic powder
RU2714345C1 (en) * 2019-06-21 2020-02-14 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Method of producing a gradient nanocomposite heat-shielding coating
RU2751499C1 (en) * 2020-10-20 2021-07-14 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Method for applying heatproof wear-resistant coating to cast iron and steel parts
CN115927995A (en) * 2022-12-26 2023-04-07 中国科学院赣江创新研究院 Thermal protection coating of tungsten-copper composite material and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2499078C1 (en) Production method of erosion-resistant heat-protective coatings
JP7271429B2 (en) Method for coating the surface of a solid substrate having a layer containing a ceramic compound, and the coated substrate obtained by the method
Jordan et al. Superior thermal barrier coatings using solution precursor plasma spray
US11697871B2 (en) Thermal barrier coatings and processes
Chen et al. Effects of processing parameters on the deposition of yttria partially stabilized zirconia coating during suspension plasma spray
JP6683902B1 (en) Method of forming thermal spray coating
Djendel et al. Characterization of alumina-titania coatings produced by atmospheric plasma spraying on 304 SS steel
Gulyaev et al. Microstructure formation properties of ZrO2 coating by powder, suspension and liquid precursor plasma spraying
EP2322686A2 (en) Thermal spray method for producing vertically segmented thermal barrier coatings
Rao et al. Slurry erosive wear behavior of plasma sprayed Cr2O3 coatings on steel substrates
Vicenzi et al. Hot and cold erosive wear of thermal sprayed NiCr-based coatings: influence of porosity and oxidation
JP2011256462A (en) Composition and method for applying protective coating
Szymański et al. Microstructure of TBC coatings deposited by HVAF and PS-PVD methods
EP3276039B1 (en) Outer airseal abradable rub strip manufacture methods and apparatus
RU2260071C1 (en) Method of application of heat-insulating erosion-resistant coat
Mishra et al. Wear Characteristics of Plasma Sprayed Nickel—Aluminum Composite Coatings
EA201700229A1 (en) METHOD OF APPLYING A GAS THERMAL COATING
RU2634864C1 (en) Powder material for gas-thermal spraying of coatings
Mock et al. Rare-earth oxides blended with yttria-stabilized zirconia thermal barrier coatings for improved resistance to sand adherence and calcia-magnesia-alumino-silicate (CMAS) infiltration
RU2714345C1 (en) Method of producing a gradient nanocomposite heat-shielding coating
Abd Razzaq The effect of laser and thermal treatment on the hardness and adhesion force on the cermet coating by thermal spray technique
Rao et al. Experimental investigation of corrosion behavior of plasma sprayed Cr2O3 coatings on 410 grade steel
Deshpande et al. Effect of Annealing on Erosion Behavior of Atmospheric Plasma Spray and High Velocity Oxy Fuel Sprayed WC-Cr3C2-Ni Coatings.
RU2683177C1 (en) Method for plasma deposition of nanostructured heat shield
Góral et al. The influence of plasma gases composition and powder feed rate on microstructure of ceramic coatings obtained by plasma spray physical vapour deposition (PS-PVD)