RU2588973C2 - Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines - Google Patents
Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588973C2 RU2588973C2 RU2014118299/02A RU2014118299A RU2588973C2 RU 2588973 C2 RU2588973 C2 RU 2588973C2 RU 2014118299/02 A RU2014118299/02 A RU 2014118299/02A RU 2014118299 A RU2014118299 A RU 2014118299A RU 2588973 C2 RU2588973 C2 RU 2588973C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- target
- zirconium oxide
- yttrium
- magnetron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
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.The invention relates to the field of materials science, in particular to methods of spraying heat-protective coatings, and can find application in aircraft and other areas of mechanical engineering in the production of parts for turbine engines and installations that require the formation on the working surfaces of coatings having a sufficiently high value of adhesion and cohesion.
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.Currently, when creating a coating with specified properties by the method of layer-by-layer spraying, macrophase interfaces are formed in planes parallel to the surface being treated, and under cyclic thermal loads, the difference in the thermal expansion coefficients can lead to delamination of the coating and its destruction.
Известен способ напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y2O3, включающий послойное нанесение покрытия на изделие (Патент US 6180184, C23C 4/10, 30.01.2001 - прототип).A known method of spraying a thermal barrier coating using zirconia stabilized with Y 2 O 3 , including layer-by-layer coating of the product (Patent US 6180184, C23C 4/10, 01/30/2001 - prototype).
Согласно этому способу, получают термобарьерное покрытие 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.According to this method, a thermal barrier coating is obtained from heat-resistant alloys stabilized with yttrium zirconium oxide, which is layer-by-layer applied using vacuum electron beam spraying. This gives a coating having a columnar structure, manifested in one or more layers.
Недостатком способа 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.The disadvantage of this method is the ability to obtain through porosity, leading to corrosion of the substrate and to the destruction of the coating. In addition, in the process of layer-by-layer deposition, interfacial boundaries are formed in planes parallel to the surface, and with cyclic thermal loads, the difference in the values of thermal expansion coefficients can lead to delamination of the coating and its destruction.
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.The objective of the proposed technical solution is to eliminate these drawbacks and create a method of applying an oxide coating on a metal surface, the use of which will form a smooth transition from a metal material to an oxide coating without a macroscopic interface.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе обработки рабочих поверхностей деталей лопастных машин, включающем нанесение защитного оксидного покрытия на предварительно механически обработанные и подготовленные поверхности деталей, последующее формирование на металлической поверхности композитной структуры металл-оксид при совместном реактивном распылении металлов, согласно изобретению в наносимом покрытии создают градиентный переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности, которую располагают в непосредственной близости от защищаемой поверхности, и диэлектрическую фазу, преимущественно оксид циркония различной стехиометрии, которую наносят на упомянутую металлическую фазу, при этом соотношение фаз в переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки, обеспечивая при этом плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed method for processing the working surfaces of parts of blade machines, including applying a protective oxide coating on pre-machined and prepared surfaces of the parts, the subsequent formation on the metal surface of a composite metal-oxide structure with joint reactive spraying of metals, according to the invention in the applied coating create a gradient transition layer of a gradient nanocomposite material containing two The basics: a metal phase with a composition corresponding to the composition of the surface to be protected, which is located in the immediate vicinity of the surface to be protected, and a dielectric phase, mainly zirconium oxide of various stoichiometry, which is applied to the said metal phase, while the phase ratio in the transition layer changes with increasing oxide fraction phase as the film thickness increases, while ensuring a smooth transition from a metal material to an oxide without a macroscopic interface.
В варианте применения способа для создания упомянутого градиентного переходного слоя используют магнетронную систему с двумя магнетронами, причем при помощи первого магнетрона распыляют мишень с металлическим сплавом, состав которого соответствует составу металлического изделия, и, преимущественно, содержащую никель, а при помощи второго магнетрона распыляют мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов, преимущественно, иттрия, причем первоначальное распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, что интенсивность атомного потока, сформированного от первой никелевой мишени, превышает интенсивность атомного потока от циркониевой мишени, при этом после формирования первичного сплошного металлического слоя в рабочую камеру добавляют кислород и придают процессу напыления характер реактивного с образованием в напыляемой пленке оксида циркония при неокисленном никеле, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до давления порядка 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего мишень с металлическим сплавом, уменьшают вплоть до его полного отключения, после чего продолжают напыление чистого оксида циркония до достижения им требуемой толщины.In an application of the method, a magnetron system with two magnetrons is used to create the aforementioned gradient transition layer, whereby a target with a metal alloy, the composition of which corresponds to the composition of the metal product, and mainly containing nickel, is sprayed using the first magnetron, and a target from zirconium with additives of stabilizing elements, mainly yttrium, and the initial sputtering of the targets is carried out in an argon atmosphere in such a way that the intensity of the atomic flux generated from the first nickel target exceeds the intensity of the atomic flux from the zirconium target, and after the formation of the primary continuous metal layer, oxygen is added to the working chamber and the deposition process is reactive with the formation of zirconium oxide in the sprayed film with unoxidized nickel, while during the deposition, the oxygen partial pressure is gradually increased to a pressure of about 1.5 x 10 -3 Pa, and the power of a first magnetron sputtering target with meta -crystal alloy is reduced until it is completely off, and then continue spraying pure zirconium oxide until it reaches the desired thickness.
Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Для повышения адгезионной прочности покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, напыляемого на рабочие поверхности деталей лопастных машин, создают 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. Соотношение фаз в переходном слое обеспечивают не постоянным, а изменяют 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.To increase the adhesion strength of the yttrium stabilized zirconia coating sprayed onto the working surfaces of the blade machine parts, a transition layer is made of a gradient nanocomposite material containing two phases: a metal phase with a composition corresponding to the composition of the surface to be protected, and a dielectric phase, zirconium oxide itself of various stoichiometry. The phase ratio in the transition layer is not constant, but varies with increasing proportion of the oxide phase as the film thickness increases. As a result of creating such a gradient layer, a smooth transition is formed from a metal material to an oxide without a macroscopic interface.
Для создания указанного градиентного переходного слоя используется магнетронная система с двумя магнетронами. Первый магнетрон распыляет мишень, состав которой соответствует составу металлического изделия, например никелевый сплав ХН71МТЮБ, а второй магнетрон распыляет мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов, например иттрий. 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.To create the specified gradient transition layer, a magnetron system with two magnetrons is used. The first magnetron sprays a target whose composition corresponds to the composition of a metal product, for example, KhN71MTUB nickel alloy, and the second magnetron sprays a zirconium target with additives of stabilizing elements, for example yttrium. The initial sputtering of targets is carried out in an argon atmosphere, and the intensity of the atomic flux generated from the nickel target exceeds the intensity of the atomic flux from the zirconium target. After the formation of the primary continuous metal layer, oxygen is added to the working chamber, after which the deposition process becomes reactive - oxide begins to form in the sprayed film. Due to different binding energies in nickel oxide and zirconium oxide, zirconium oxide forms in the coating being formed, while nickel remains unoxidized.
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 порядка 1,5*10-3 Па, а мощность магнетрона, распыляющего металлический сплав, уменьшается вплоть до его полного отключения. После этого продолжается напыление чистого оксида циркония до достижения им требуемой толщины.Thus, as a result of the simultaneous sputtering of a nickel alloy and zirconium in a mixed oxygen-argon atmosphere, a metal-oxide composite material is deposited. In the sputtering process, the oxygen partial pressure increases gradually to a pressure of about 1.5 x 10 -3 Pa, a magnetron power spraying metal alloy decreases until its complete disconnection. After this, the deposition of pure zirconium oxide continues until it reaches the required thickness.
В этом случае формируемый 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.In this case, the formed gradient layer is not only composite, but also nanostructured, since the characteristic sizes of inclusions of each phase are from units to several tens of nanometers depending on the volume fraction of the phase.
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.The obtained nanostructured structure not only increases the mechanical strength of the coating, but also leads to an isotropic distribution of internal stresses under cyclic thermal loads, which increases the heat resistance and heat resistance of the coating.
Использование предложенного технического решения позволит создать способ нанесения оксидного покрытия на металлическую поверхность, 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.Using the proposed technical solution will allow you to create a method of applying an oxide coating on a metal surface, the use of which will form a smooth transition from a metal material to an oxide without a macroscopic interface, which, ultimately, will increase the mechanical strength of the coating and will lead to an isotropic distribution of internal stresses cyclic thermal loads, which will increase the heat resistance and heat resistance of the coating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118299/02A RU2588973C2 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118299/02A RU2588973C2 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014118299A RU2014118299A (en) | 2015-11-20 |
RU2588973C2 true RU2588973C2 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=54552891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014118299/02A RU2588973C2 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2588973C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1749311A1 (en) * | 1990-04-20 | 1992-07-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Method of producing heat protection coats |
RU2218447C2 (en) * | 1997-11-03 | 2003-12-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | A gas turbine member (versions) and method to manufacture its heat-insulating coating |
EP1533396A2 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-25 | General Electric Company | Method for repairing coated components using NiAl bond coats |
US20080220177A1 (en) * | 2005-06-30 | 2008-09-11 | University Of Virginia Patent Foundation | Reliant Thermal Barrier Coating System and Related Methods and Apparatus of Making the Same |
-
2014
- 2014-05-06 RU RU2014118299/02A patent/RU2588973C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1749311A1 (en) * | 1990-04-20 | 1992-07-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Method of producing heat protection coats |
RU2218447C2 (en) * | 1997-11-03 | 2003-12-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | A gas turbine member (versions) and method to manufacture its heat-insulating coating |
EP1533396A2 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-25 | General Electric Company | Method for repairing coated components using NiAl bond coats |
US20080220177A1 (en) * | 2005-06-30 | 2008-09-11 | University Of Virginia Patent Foundation | Reliant Thermal Barrier Coating System and Related Methods and Apparatus of Making the Same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014118299A (en) | 2015-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Meng et al. | Vacuum heat treatment mechanisms promoting the adhesion strength of thermally sprayed metallic coatings | |
JP4399272B2 (en) | Plasma spray method | |
Lee et al. | Microstructure of kinetic spray coatings: a review | |
CN103290361B (en) | The method for applying thermal barrier coating | |
Wang et al. | Microstructural characterization of Al2O3–13 wt.% TiO2 ceramic coatings prepared by squash presetting laser cladding on GH4169 superalloy | |
RU2489514C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND OF Ti-Al SYSTEM | |
RU2607055C2 (en) | Method of applying thermal-protective composite coating containing zirconium oxide on metal surface of article | |
RU2588973C2 (en) | Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines | |
JP2017197842A (en) | System and method for forming multilayer heat shielding coating system | |
RU2588956C2 (en) | Method of treating working surfaces of gas-turbine plants | |
RU2606814C2 (en) | Heat-protective nanocomposite coating and formation method thereof | |
RU2591024C2 (en) | Method of processing working surfaces of parts of gas turbine plants | |
RU2591098C2 (en) | Method of applying composite oxide coating on metal surface | |
Zhang et al. | Synthesis of TiN/Ti3Al composite coatings on Ti6Al4V alloy by plasma spraying and laser nitriding | |
RU2606826C2 (en) | Method of forming on working surface of part made from nickel alloy thermal-protective nanocomposite coating | |
RU2607677C2 (en) | Method of forming on surface of articles from nickel alloy composite coating | |
RU2606815C2 (en) | Method of applying thermal-protective composite coating containing zirconium oxide, on metal surface of article | |
RU2581546C2 (en) | Method for application of zirconium oxide coating on surface of article made of nickel alloy | |
RU2588619C2 (en) | Nanostructured composite coating of zirconium oxide | |
RU2607056C2 (en) | Method of applying thermal-protective composite coating | |
Wang et al. | Solid particle erosion behaviour of plasma-sprayed conventional and nanostructured Al2O3-13 wt% TiO2 ceramic coatings | |
KR102190320B1 (en) | Barrier coating for turbochargers | |
Panteleenko et al. | Multi-Layers Composite Plasma Coatings Based on Oxide Ceramics and M-Croll | |
Piticescu et al. | Development of Novel Material Systems and Coatings for Extreme Environments: A Brief Overview | |
RU2614320C2 (en) | Heat resistant metal-ceramic coating and method of its application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170507 |