RU2588619C2 - Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония - Google Patents
Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588619C2 RU2588619C2 RU2014108805/05A RU2014108805A RU2588619C2 RU 2588619 C2 RU2588619 C2 RU 2588619C2 RU 2014108805/05 A RU2014108805/05 A RU 2014108805/05A RU 2014108805 A RU2014108805 A RU 2014108805A RU 2588619 C2 RU2588619 C2 RU 2588619C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- nickel alloy
- zirconium oxide
- coating
- phase
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии. Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония, стабилизированного иттрием, наносят на поверхности из никелевого сплава методом ионно-лучевого напыления. Покрытие содержит градиентный переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности из никелевого сплава, и оксид циркония различной стехиометрии. Указанный слой содержит оксид циркония при неокисленном никелевом сплаве. Соотношение фаз в переходном слое изменяется с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки. Изобретение позволяет сформировать плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.
Description
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.
В настоящее время, при создании покрытия с заданными свойствами методом послойного напыления, образуются межфазные макроскопические границы в плоскостях, параллельных обрабатываемой поверхности и при циклических термонагрузках разница в значениях коэффициентов термического расширения может привести к расслоению покрытия и его разрушению.
Известен способ напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y2 O3, включающий послойное нанесение покрытия на изделие, и покрытие, полученное этим способом (Патент US 6180184, С23С 4/10, 30.01.2001 - прототип).
Термобарьерное покрытие, согласно этому способу, получают из жаропрочных сплавов, стабилизированных иттрием, оксида циркония, которое послойно наносят с помощью вакуумного электронно-лучевого напыления. При этом получают покрытие, имеющее столбчатую структуру, проявляющуюся в одном или нескольких слоях.
Недостатком получаемого покрытия является возможность получения сквозной пористости, приводящей к коррозии подложки и к разрушению покрытия. Кроме этого, в процессе послойного напыления образуются межфазные границы в плоскостях, параллельных поверхности и при циклических термонагрузках разница в значениях коэффициентов термического расширения может привести к расслоению покрытия и его разрушению.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа нанесения оксидного покрытия на металлическую поверхность, применение которого позволит сформировать плавный переход от металлического материала к оксидному покрытию без межфазной границы макроскопического размера.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенное наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония, стабилизированного иттрием, для поверхности из никелевого сплава, полученное методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющее собой наноструктурный материал, согласно изобретению содержит градиентный переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности из никелевого сплава, и оксид циркония различной стехиометрии, причем указанный слой содержит оксид циркония при неокисленном никелевом сплаве, при этом соотношение фаз в переходном слое изменяется с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки.
Предложенное наноструктурное композитное покрытие может быть получено следующим образом.
Для получения указанного наноструктурного композитного покрытия (далее - покрытие) используется магнетронная система с двумя магнетронами. При помощи первого магнетрона распыляют мишень, состав которой соответствует составу металлического изделия - никелевый сплав ХН71МТЮБ, а при помощи второго магнетрона распыляют мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов - иттрия.
Первоначальное распыление мишеней осуществляется в атмосфере аргона, причем интенсивность атомного потока, сформированного от никелевой мишени, превышает интенсивность атомного потока от циркониевой мишени. После формирования первичного сплошного металлического слоя в рабочую камеру добавляется кислород, после чего процесс напыления приобретает характер реактивного - в напыляемой пленке начинает образовываться оксид. В силу различных значений энергий связи в оксиде никеля и оксиде циркония в формирующемся покрытии происходит образование оксида циркония, в то время как никель остается неокисленным.
Таким образом, в результате одновременного распыления никелевого сплава и циркония в смешанной кислородно-аргонной атмосфере происходит напыление композитного материала металл-оксид. В процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивается до давления 1,5*10-3 Па, а мощность магнетрона, распыляющего металлический сплав, уменьшают вплоть до его полного отключения. После этого продолжают напыление чистого оксида циркония до достижения им требуемой толщины. В этом случае, в покрытии образуется переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности, и диэлектрическую фазу, собственно, оксид циркония различной стехиометрии, при этом соотношение фаз в переходном слое обеспечивается не постоянным, а переменным, с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки. В результате создания такого градиентного слоя формируется плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.
В этом случае, сформированный градиентный слой является не только композитным, но и наноструктурированным, поскольку характерные размеры включений каждой фазы составляют от единиц до нескольких десятков нанометров в зависимости от объемной доли фазы.
Полученная наноструктурированность не только повышает механическую прочность покрытия, но и приводит к изотропному распределению внутренних напряжений при циклических термонагрузках, что повышает жаропрочность и жаростойкость покрытия.
Использование предложенного технического решения позволит создать наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония, применение которого позволит сформировать плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера, что, в конечном итоге, позволит повысить механическую прочность покрытия, и приведет к изотропному распределению внутренних напряжений при циклических термонагрузках, что позволит повысить жаропрочность и жаростойкость покрытия.
Claims (1)
- Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония, стабилизированного иттрием, для поверхности из никелевого сплава, полученное методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющее собой наноструктурный материал, отличающееся тем, что оно содержит градиентный переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности из никелевого сплава, и оксид циркония различной стехиометрии, причем указанный слой содержит оксид циркония при неокисленном никелевом сплаве, при этом соотношение фаз в переходном слое изменяется с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108805/05A RU2588619C2 (ru) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108805/05A RU2588619C2 (ru) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014108805A RU2014108805A (ru) | 2015-09-20 |
RU2588619C2 true RU2588619C2 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=54147406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108805/05A RU2588619C2 (ru) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2588619C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2120494C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1998-10-20 | Международный Центр Электронно-Лучевых Технологий Института Электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины | Способ получения на подложке защитных покрытий с градиентом химического состава и структуры по толщине с внешним керамическим слоем, его вариант |
US6180184B1 (en) * | 1994-10-04 | 2001-01-30 | General Electric Company | Thermal barrier coatings having an improved columnar microstructure |
US20100015467A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-01-21 | H.C. Starck Gmbh & Co., Kg | Method for coating a substrate and coated product |
GB2495793A (en) * | 2011-10-17 | 2013-04-24 | Internat Advanced Res Ct For Powder Metallurg And New Materials Arci | Composite plasma spray coatings and methods of application |
US20130153408A1 (en) * | 2009-09-25 | 2013-06-20 | Oerlikon Trading Ag, Truebbach | Method for producing cubic zirconia layers |
-
2014
- 2014-03-06 RU RU2014108805/05A patent/RU2588619C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6180184B1 (en) * | 1994-10-04 | 2001-01-30 | General Electric Company | Thermal barrier coatings having an improved columnar microstructure |
RU2120494C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1998-10-20 | Международный Центр Электронно-Лучевых Технологий Института Электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины | Способ получения на подложке защитных покрытий с градиентом химического состава и структуры по толщине с внешним керамическим слоем, его вариант |
US20100015467A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-01-21 | H.C. Starck Gmbh & Co., Kg | Method for coating a substrate and coated product |
US20130153408A1 (en) * | 2009-09-25 | 2013-06-20 | Oerlikon Trading Ag, Truebbach | Method for producing cubic zirconia layers |
GB2495793A (en) * | 2011-10-17 | 2013-04-24 | Internat Advanced Res Ct For Powder Metallurg And New Materials Arci | Composite plasma spray coatings and methods of application |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014108805A (ru) | 2015-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hospach et al. | Characteristics of ceramic coatings made by thin film low pressure plasma spraying (LPPS-TF) | |
Yao et al. | High-temperature oxidation resistance of (Al2O3–Y2O3)/(Y2O3-stabilized ZrO2) laminated coating on 8Nb–TiAl alloy prepared by a novel spray pyrolysis | |
BRPI0907264A2 (pt) | método para a produção de camadas, especificamente de camadas estáveis em altas temperaturas, alvo de liga consistindo de aluminío e de um componente metálico ou semimetálico e camada em estrutura coríndon contendo essencialmente óxido de alumínio. | |
US20130129938A1 (en) | Method for the co-evaporation and deposition of materials with differing vapor pressures | |
CN107299313A (zh) | 用于制备立方氧化锆层的方法 | |
Zhang et al. | Structural evolution of Al-modified PS-PVD 7YSZ TBCs in thermal cycling | |
RU2607055C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия, содержащего оксид циркония, на металлическую поверхность изделия | |
Nakano et al. | Microstructure of interfacial region between cold-sprayed copper coating and AlN substrate coated with sputtered titanium and copper | |
Liu et al. | TiN, TiN gradient and Ti/TiN multi-layer protective coatings on Uranium | |
Field et al. | A combinatorial comparison of DC and high power impulse magnetron sputtered Cr2AlC | |
RU2606814C2 (ru) | Теплозащитное нанокомпозитное покрытие и способ его формирования | |
RU2588619C2 (ru) | Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония | |
RU2588973C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей деталей лопастных машин | |
RU2588956C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей газотурбинных установок | |
Zhao et al. | Deposition of thick TiAlN coatings on 2024 AL/SiCp substrate by arc ion plating | |
RU2607677C2 (ru) | Способ формирования на поверхности изделия из никелевого сплава композитного покрытия | |
RU2591098C2 (ru) | Способ нанесения композитного оксидного покрытия на металлическую поверхность | |
RU2551331C2 (ru) | Способ получения многослойного градиентного покрытия методом магнетронного напыления | |
RU2606826C2 (ru) | Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия | |
Vardanyan et al. | Technology of the deposition of composite coatings based on Ti–Al intermetallic compounds by vacuum-arc plasma discharge | |
RU2606815C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия, содержащего оксид циркония, на металлическую поверхность изделия | |
RU2591024C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей деталей газотурбинных установок | |
RU2581546C2 (ru) | Способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава | |
RU2607056C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия | |
Naga et al. | Combined zirconia toughened alumina (ZTA) stacks obtained by electron beam physical vapour deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170307 |