RU2606826C2 - Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия - Google Patents
Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606826C2 RU2606826C2 RU2014118087A RU2014118087A RU2606826C2 RU 2606826 C2 RU2606826 C2 RU 2606826C2 RU 2014118087 A RU2014118087 A RU 2014118087A RU 2014118087 A RU2014118087 A RU 2014118087A RU 2606826 C2 RU2606826 C2 RU 2606826C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- nickel alloy
- target
- sputtering
- nanocomposite
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия, содержащего оксид циркония, включает предварительную механическую обработку поверхности детали из никелевого сплава, формирование на поверхности детали первичного сплошного слоя из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой детали, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента, последующее формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины. Формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного нанокомпозитного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с совместно распыляемыми двумя магнетронами. С помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента. Упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона. Интенсивность атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышает интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени. Затем осуществляют формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в упомянутом градиентном слое оксида циркония и неокисленного никелевого сплава, при этом соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины упомянутого слоя, при этом парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до 1,5⋅10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения. Получают плавный переход от слоя из никелевого сплава к пленке из оксида циркония без межфазной границы макроскопического размера. Обеспечивается механическая прочность покрытия, повышение его жаропрочности и жаростойкости, а также высокое значение адгезии и когезии покрытия на рабочих поверхностях деталей.
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 (Патент US 6180184, C23C 4/10, 30.01.2001 - прототип).
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.
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.
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 в предложенном способе формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия, содержащего оксид циркония, согласно изобретению осуществляют предварительную механическую обработку поверхности детали из никелевого сплава, формируют на поверхности детали первичный сплошной слой из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой детали, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента, затем формируют градиентный переходный нанокомпозитный слой со структурой металл-оксид и осуществляют напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины, при этом формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного нанокомпозитного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с совместно распыляемыми двумя магнетронами, при этом с помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента, причем упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона, причем интенсивность атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышает интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени, затем осуществляют формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в упомянутом градиентного слое оксида циркония и неокисленного никелевого сплава, при этом соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины упомянутого слоя, при этом парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до 1,5⋅10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения, при этом получают плавный переход от слоя из никелевого сплава к пленке из оксида циркония без межфазной границы макроскопического размера.
Предложенный способ реализуется следующим образом. Создают переходный 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. 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.
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. 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. Полученная наноструктурированность не только повышает механическую прочность покрытия, но и приводит к изотропному распределению внутренних напряжений при циклических термонагрузках.
Использование предложенного технического решения позволит создать способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия, 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)
- Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия, содержащего оксид циркония, характеризующийся тем, что осуществляют предварительную механическую обработку поверхности детали из никелевого сплава, формируют на поверхности детали первичный сплошной слой из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой детали, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента, затем формируют градиентный переходный нанокомпозитный слой со структурой металл-оксид и осуществляют напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины, при этом формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного нанокомпозитного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с совместно распыляемыми двумя магнетронами, при этом с помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента, причем упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона, причем интенсивность атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышает интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени, затем осуществляют формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в упомянутом градиентного слое оксида циркония и неокисленного никелевого сплава, при этом соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины упомянутого слоя, при этом парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до 1,5⋅10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения, при этом получают плавный переход от слоя из никелевого сплава к пленке из оксида циркония без межфазной границы макроскопического размера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118087A RU2606826C2 (ru) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118087A RU2606826C2 (ru) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014118087A RU2014118087A (ru) | 2015-11-10 |
RU2606826C2 true RU2606826C2 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=54536264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014118087A RU2606826C2 (ru) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2606826C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2228387C2 (ru) * | 2002-07-22 | 2004-05-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Способ нанесения многослойного покрытия на металлические изделия |
EP1541714A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-15 | General Electric Company | Method for repairing components using environmental bond coatings and resultant repaired components |
WO2011036246A2 (de) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Oerlikon Trading Ag, Truebbach | Verfahren zur herstellung von kubischen zirkonoxidschichten |
-
2014
- 2014-05-05 RU RU2014118087A patent/RU2606826C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2228387C2 (ru) * | 2002-07-22 | 2004-05-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Способ нанесения многослойного покрытия на металлические изделия |
EP1541714A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-15 | General Electric Company | Method for repairing components using environmental bond coatings and resultant repaired components |
WO2011036246A2 (de) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Oerlikon Trading Ag, Truebbach | Verfahren zur herstellung von kubischen zirkonoxidschichten |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014118087A (ru) | 2015-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hospach et al. | Characteristics of ceramic coatings made by thin film low pressure plasma spraying (LPPS-TF) | |
Harder et al. | Plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) of ceramics for protective coatings | |
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. | |
Buranawong et al. | The effect of titanium current on structure and hardness of aluminium titanium nitride deposited by reactive unbalanced magnetron co-sputtering | |
RU2607055C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия, содержащего оксид циркония, на металлическую поверхность изделия | |
Fan et al. | Preparation and characterization of aluminum-based coatings deposited by very low-pressure plasma spray | |
Liu et al. | TiN, TiN gradient and Ti/TiN multi-layer protective coatings on Uranium | |
JP2017197842A (ja) | 多層遮熱コーティング系を形成するシステム及び方法 | |
RU2588973C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей деталей лопастных машин | |
RU2588956C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей газотурбинных установок | |
RU2606814C2 (ru) | Теплозащитное нанокомпозитное покрытие и способ его формирования | |
RU2606826C2 (ru) | Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия | |
RU2607677C2 (ru) | Способ формирования на поверхности изделия из никелевого сплава композитного покрытия | |
RU2591098C2 (ru) | Способ нанесения композитного оксидного покрытия на металлическую поверхность | |
Zhang et al. | Synthesis of TiN/Ti3Al composite coatings on Ti6Al4V alloy by plasma spraying and laser nitriding | |
RU2591024C2 (ru) | Способ обработки рабочих поверхностей деталей газотурбинных установок | |
Vardanyan et al. | Technology of the deposition of composite coatings based on Ti–Al intermetallic compounds by vacuum-arc plasma discharge | |
RU2588619C2 (ru) | Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония | |
RU2606815C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия, содержащего оксид циркония, на металлическую поверхность изделия | |
RU2581546C2 (ru) | Способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава | |
Fu et al. | HVOF sprayed Al–Cu–Cr quasicrystalline coatings from coarse feedstock powders | |
RU2607056C2 (ru) | Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия | |
Góral et al. | The influence of process parameters on structure of ceramic coatings deposited by PS-PVD method | |
US10240229B2 (en) | Mo—Si—B layers and method for the production thereof | |
Padial et al. | Effect of Cr3C2-NiCr powder characteristics on structure and properties of thermal sprayed nanostructured coatings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170506 |