RU2591098C2 - Method of applying composite oxide coating on metal surface - Google Patents
Method of applying composite oxide coating on metal surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591098C2 RU2591098C2 RU2014118041/02A RU2014118041A RU2591098C2 RU 2591098 C2 RU2591098 C2 RU 2591098C2 RU 2014118041/02 A RU2014118041/02 A RU 2014118041/02A RU 2014118041 A RU2014118041 A RU 2014118041A RU 2591098 C2 RU2591098 C2 RU 2591098C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- target
- zirconium oxide
- yttrium
- composition
- Prior art date
Links
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.At present, when creating a coating with the 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 values of thermal expansion coefficients can lead to delamination of the coating and its destruction.
Известен способ напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y2 О3, включающий послойное нанесение покрытия на изделие (Патент US 6180184, С23С 4/10, 30.01.2001 - прототип).A known method of spraying a heat-protective coating using zirconia stabilized with Y 2 O 3 , including layer-by-layer coating of the product (US Patent 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 spraying, interfacial boundaries are formed in planes parallel to the surface and during 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 теплозащитного покрытия на рабочую поверхность детали из сплава на основе никеля, 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 a heat-protective coating to the working surface of a part made of nickel-based alloy, the use of which will allow a smooth transition from a metal material to an oxide coating without a macroscopic interface.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе нанесения теплозащитного покрытия на рабочую поверхность детали из сплава на основе никеля, включающем нанесение плазменным напылением на предварительно подготовленные поверхности детали покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, согласно изобретению, нанесение покрытия осуществляют созданием в нем градиентного переходного слоя с помощью двух магнетронов, при этом посредством первого магнетрона распыляют первую мишень из сплава на основе никеля, состав которого соответствует составу сплава детали, а посредством второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующего элемента иттрия, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, чтобы интенсивность атомного потока, сформированного от первой мишени, превышала интенсивность атомного потока, сформированного от второй мишени, при этом после формирования на поверхности детали сплошного металлического слоя в рабочую камеру подают кислород для формирования в напыляемом покрытии оксида циркония, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5·10-3 Па, а мощность первого магнетрона уменьшают до его полного отключения, затем продолжают напыление до формирования оксида циркония, стабилизированного иттрием, требуемой толщины, при этом получают наноструктурированное покрытие, содержащее металлическую фазу с составом, соответствующим составу сплава защищаемой поверхности детали и фазу из оксида циркония, стабилизированного иттрием, с возрастающей от поверхности детали долей фазы оксида циркония.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed method of applying a heat-protective coating to the working surface of a nickel-based alloy part, including applying plasma spraying to previously prepared surfaces of a yttrium stabilized zirconia oxide coating part, according to the invention, the coating is applied by creating a gradient transition layer using two magnetrons, with the first magnetron sputtering the first target from an alloy based on nickel, with which corresponds to the alloy composition of the part, and by means of the second magnetron a second zirconium target with the addition of a stabilizing element of yttrium is sprayed, the targets being first sputtered in an argon atmosphere so that the intensity of the atomic flux generated from the first target exceeds the intensity of the atomic flux generated from the second target, in this case, after the formation of a continuous metal layer on the surface of the part, oxygen is supplied to the working chamber for formation in the sprayed PTFE coating of zirconium oxide, wherein during deposition the oxygen partial pressure is gradually increased to 1.5 × 10 -3 Pa, and the power of the first magnetron is reduced until it is completely off, and then continue spraying until the formation of zirconium oxide stabilized with yttrium, desired thickness, wherein get a nanostructured coating containing a metal phase with a composition corresponding to the composition of the alloy to protect the surface of the part and a phase of yttrium stabilized zirconium oxide, increasing from the surface of the part fraction of the zirconium oxide phase.
Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
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.Create a transition layer 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, actually zirconium oxide 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, а второй магнетрон распыляет мишень из циркония с добавками 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.To create the specified gradient transition layer, a magnetron system with two magnetrons is used. The first magnetron sprays a target whose composition matches the composition of the metal product, and the second magnetron sprays a zirconium target with yttrium additives. 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. During the deposition process, the partial pressure of oxygen gradually increases to a pressure of the order of 1.5 · 10 -3 Pa, and the power of the magnetron sputtering the metal alloy decreases until it is completely turned off. 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 теплозащитного покрытия на рабочую поверхность детали из сплава на основе никеля, 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 a heat-shielding coating to the working surface of a part made of nickel-based alloy, the use of which will allow you to form a smooth transition from a metal material to oxide without a macroscopic interface, which will ultimately increase the mechanical strength of the coating, and will lead to an isotropic distribution of internal stresses during cyclic thermal loads, which will increase the heat resistance and heat resistance of the coating tiya.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118041/02A RU2591098C2 (en) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Method of applying composite oxide coating on metal surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118041/02A RU2591098C2 (en) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Method of applying composite oxide coating on metal surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014118041A RU2014118041A (en) | 2015-11-10 |
RU2591098C2 true RU2591098C2 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=54536255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014118041/02A RU2591098C2 (en) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Method of applying composite oxide coating on metal surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591098C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2053310C1 (en) * | 1991-01-14 | 1996-01-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for protecting shaped parts made from nickel alloys |
US6180184B1 (en) * | 1994-10-04 | 2001-01-30 | General Electric Company | Thermal barrier coatings having an improved columnar microstructure |
EP1533396A2 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-25 | General Electric Company | Method for repairing coated components using NiAl bond coats |
RU2510429C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of making higher thermal strength heat-resistant cermet coat |
-
2014
- 2014-05-05 RU RU2014118041/02A patent/RU2591098C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2053310C1 (en) * | 1991-01-14 | 1996-01-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for protecting shaped parts made from nickel alloys |
US6180184B1 (en) * | 1994-10-04 | 2001-01-30 | General Electric Company | Thermal barrier coatings having an improved columnar microstructure |
EP1533396A2 (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-25 | General Electric Company | Method for repairing coated components using NiAl bond coats |
RU2510429C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of making higher thermal strength heat-resistant cermet coat |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014118041A (en) | 2015-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Meng et al. | Vacuum heat treatment mechanisms promoting the adhesion strength of thermally sprayed metallic coatings | |
CN103290361B (en) | The method for applying thermal barrier coating | |
RU2007107675A (en) | METHOD FOR APPLYING THERMAL BARRIER COATING ON COATED PRODUCT | |
Harder et al. | Plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) of ceramics for protective coatings | |
Ma et al. | Optimal target sputtering mode for aluminum nitride thin film deposition by high power pulsed magnetron sputtering | |
RU2489514C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND OF Ti-Al SYSTEM | |
US20130129938A1 (en) | Method for the co-evaporation and deposition of materials with differing vapor pressures | |
JP2005281865A (en) | Method for protecting article, and related composition | |
Saremi et al. | Hot corrosion resistance and mechanical behavior of atmospheric plasma sprayed conventional and nanostructured zirconia coatings | |
RU2607055C2 (en) | Method of applying thermal-protective composite coating containing zirconium oxide on metal surface of article | |
JP2017197842A (en) | System and method for forming multilayer heat shielding coating system | |
RU2588956C2 (en) | Method of treating working surfaces of gas-turbine plants | |
RU2588973C2 (en) | Method for treatment of working surfaces of parts of bladed machines | |
RU2606814C2 (en) | Heat-protective nanocomposite coating and formation method thereof | |
RU2591098C2 (en) | Method of applying composite oxide coating on metal surface | |
RU2591024C2 (en) | Method of processing working surfaces of parts of gas turbine plants | |
Lee et al. | Plasma-sprayed Al–21Ti–23Cr coating for oxidation protection of TiAl alloys | |
RU2607677C2 (en) | Method of forming on surface of articles from nickel alloy composite coating | |
RU2606826C2 (en) | Method of forming on working surface of part made from nickel alloy thermal-protective nanocomposite coating | |
RU2588619C2 (en) | Nanostructured composite coating of zirconium oxide | |
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 | |
RU2607056C2 (en) | Method of applying thermal-protective composite coating | |
Góral et al. | The influence of process parameters on structure of ceramic coatings deposited by PS-PVD method | |
KR102190320B1 (en) | Barrier coating for turbochargers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170506 |