RU2680561C2 - Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий - Google Patents
Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680561C2 RU2680561C2 RU2016130952A RU2016130952A RU2680561C2 RU 2680561 C2 RU2680561 C2 RU 2680561C2 RU 2016130952 A RU2016130952 A RU 2016130952A RU 2016130952 A RU2016130952 A RU 2016130952A RU 2680561 C2 RU2680561 C2 RU 2680561C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- coatings
- thermal spraying
- mixture
- sealing
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 claims description 5
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical group 0.000 abstract 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 9
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 2
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 2
- 241000237509 Patinopecten sp. Species 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 235000020637 scallop Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой смеси для газотермического напыления уплотнительного покрытия лопаток турбин. Смесь содержит порошок на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, в качестве основного компонента и порообразователь - порошок фторопласта марки Ф-4Д или порошок лавсана в количестве 1…10 мас.%. Обеспечивается повышение качества характеристик уплотнительных покрытий. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым материалам для газотермического напыления покрытий и может быть использовано для обеспечения стабильности радиальных зазоров между элементами статора и ротора проточной части авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и наземных газотурбинных установок (ГТУ).
Уплотнительные или изнашиваемые покрытия применяются в конструкции авиационных газотурбинных двигателей и промышленных газотурбинных установок взамен сотовых уплотнений или вставок из уплотнительных материалов. Уплотнительные покрытия снижают зазор между статором и ротором газогенератора (компрессор и турбина). Применение уплотнительных покрытий в горячей части газовых турбин позволяет повысить КПД и снизить расход топлива двигателя за счет уплотнения зазоров по периферийным торцам лопаток и по гребешкам лабиринтных уплотнений между ступенями по всей окружности вращения, сводя к минимуму износ дорогостоящих вращающихся лопаток ротора турбины.
Уплотнительные покрытия должны быть в меру мягкими, чтобы кромка лопатки или гребешок лабиринта без износа изнашивали уплотнительное покрытие, однако, в то же время, достаточно твердыми, чтобы противостоять эрозионному износу газовым потоком при повышенных температурах.
Из уровня техники известно, что уплотнительные покрытия, нанесенные на детали статора газовых турбин (разрезные кольца, кожуха), используются для того, чтобы детали ротора могли контактировать со статором без существенного повреждения или износа. Контакт между элементами ротора и уплотнительным покрытием приводит в результате к образованию канавок, создающим аналог лабиринтного уплотнения между этими двумя деталями. Примеры истираемых уплотнений описаны в патенте США №6547522 В2, опубликованном 15.04.2003 года.
Известен уплотнительный материал (А.С. №1767926 А1, 15.08.1994, С23С 4/06), включающий рабочий слой, содержащий диоксид циркония (ZrO2), стабилизированный 5…10 мас. % оксида иттрия (Y2O3), а также нитрид бора (BN) и/или графит (С) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| стабилизированный диоксид циркония | 80-95 |
| нитрид бора и/или графит | 5-20 |
Недостатком данного технического решения является то, что порошковый материал, применяемый для получения данного уплотнительного покрытия, является механической смесью порошков, в которой частицы ZrO2 и BN (или BN+C) не связаны друг с другом, т.е. не скомпактированы в гранулы. В связи с тем, что BN является мелкодисперсным тугоплавким инертным порошком, не образующим покрытия в чистом виде, то в процессе напыления такого порошкового материала будет происходить его расслоение на составляющие компоненты, что приведет к потере BN в полученном покрытии.
Известен высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия (Патент РФ №2303649 С2, 27.07.2007, С23С 4/10), включающий нитрид бора и стабилизированный диоксид циркония. При этом композиционный материал содержит также нихромовое волокно длиной 3…5 мм, а стабилизированный диоксид циркония содержится в двух фракциях - диоксид циркония, стабилизированный 7 мас. % оксида иттрия, фракции 100…250 мкм и стабилизированный диоксид циркония активированной пылевидной фракции при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| стабилизированный диоксид циркония фракции 100-250 мкм | 10-15 |
| нитрид бора | 15-25 |
| нихромовое волокно | 9-12 |
| стабилизированный диоксид циркония | |
| активированной пылевидной фракции | остальное |
Недостатком данного технического решения является то, что данный способ требует нанесения влажного состава на поверхность основы ручным или механизированным способом, и также последующие сушку и прессование в вакууме при нагреве до 1100°C. Кроме того, нанесение используемого в данном решении композиционного материала требует применения специального дорогостоящего оборудования и приспособлений (вакуумные печи, термофиксаторы), особенно при нанесении на крупноразмерные конструкции сложной формы.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному материалу является высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия (Патент РФ №2386513 С2, 20.04.2010, С23С 4/10), включающий нитрид бора, алюмогель и стабилизированный диоксид циркония в следующем соотношении компонентов, мас. %:
| гексагональный нитрид бора | 5-15 |
| алюмогель | 3-6 |
| стабилизированный диоксид циркония ZrO2 - 7% мас. Y2O3 | остальное |
Недостатком данного технического решения является то, что в составе покрытия после нанесения данного материала присутствует оксид алюминия, который может приводить к дополнительному износу лопаток турбин.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД и снижение расхода топлива газовых турбин.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества характеристик уплотнительных покрытий. Технический результат достигается тем, что для газотермического напыления используется порошковый материал, включающий два компонента: порообразователь и матрицу. В качестве матрицы (основного компонента) могут быть использованы материалы на основе диоксида циркония, стабилизированные оксидом иттрия и обладающие термостойкостью вплоть до 1200°C. В качестве порообразователя могут быть использованы органические или неорганические вещества в порошковом виде, обладающие низкой термической стабильностью и разлагающиеся при температурах 200…400°C. Количественное содержание порообразователя может находиться в пределах 1…10 мас. %.
Проведенные исследования показали, что методом плазменного напыления с использованием данного порошка получается уплотнительное покрытие, обладающее необходимой пористостью и макротвердостью. При содержании порообразователя менее 1 мас. % его влияние на конечную микроструктуру покрытия минимально, а при содержании более 10 мас. % покрытие теряет свою сплошность и целостность.
Пример 1. Порошок на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия в количестве 7 мас. %, механически смешали с порошком фторопласта марки Ф-4Д в соотношении 20:1 (мас. %). Затем полученную смесь порошковых материалов использовали для газотермического напыления. Полученное уплотнительное покрытие имеет пористость около 18%. Результаты стендовых испытаний на прирабатываемость в паре с лопаткой из материала ЖС-6У показали, что соотношение износа лопатки и покрытия составляет 1:5. За единицу принимают износ лопатки.
Пример 2. Порошок на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия в количестве 7 мас. %, механически смешали с различным количеством порошка лавсана. В таблице 1 приведены результаты металлографического анализа покрытий.
Claims (1)
- Порошковая смесь для газотермического напыления уплотнительного покрытия лопаток турбин, содержащая в качестве основного компонента порошок на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и порообразователь, отличающаяся тем, что она содержит в качестве порообразователя порошок фторопласта марки Ф-4Д или порошок лавсана в количестве 1…10 мас.%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016130952A RU2680561C2 (ru) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016130952A RU2680561C2 (ru) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016130952A RU2016130952A (ru) | 2018-02-01 |
| RU2016130952A3 RU2016130952A3 (ru) | 2018-10-23 |
| RU2680561C2 true RU2680561C2 (ru) | 2019-02-22 |
Family
ID=61174054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016130952A RU2680561C2 (ru) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680561C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260071C1 (ru) * | 2004-09-30 | 2005-09-10 | Балдаев Лев Христофорович | Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия |
| WO2008054536A2 (en) * | 2006-05-26 | 2008-05-08 | Praxair Technology, Inc. | High purity powders and coatings prepared therefrom |
| RU2386513C9 (ru) * | 2008-08-14 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия |
| RU2530974C1 (ru) * | 2013-05-16 | 2014-10-20 | Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") | Состав уплотнительного покрытия для модификации элемента статора турбины |
-
2016
- 2016-07-28 RU RU2016130952A patent/RU2680561C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260071C1 (ru) * | 2004-09-30 | 2005-09-10 | Балдаев Лев Христофорович | Способ нанесения теплозащитного эрозионно стойкого покрытия |
| WO2008054536A2 (en) * | 2006-05-26 | 2008-05-08 | Praxair Technology, Inc. | High purity powders and coatings prepared therefrom |
| RU2386513C9 (ru) * | 2008-08-14 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия |
| RU2530974C1 (ru) * | 2013-05-16 | 2014-10-20 | Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") | Состав уплотнительного покрытия для модификации элемента статора турбины |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016130952A3 (ru) | 2018-10-23 |
| RU2016130952A (ru) | 2018-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2549600C (en) | Ceramic abradable material with alumina dopant | |
| UA76473C2 (en) | Abradeable sealing system | |
| JP5128185B2 (ja) | 摩耗性を有するジスプロシア安定化ジルコニア | |
| KR102170569B1 (ko) | 터보 기계에 사용하기 위한 시일 시스템 및 그 제조 방법 | |
| JP6727866B2 (ja) | Ｃｍｃ翼先端上の厚膜耐環境コーティングの組成物及びその堆積方法 | |
| JP2015108196A (ja) | 最適化された高温断熱層 | |
| US10989066B2 (en) | Abradable coating made of a material having a low surface roughness | |
| CN106699234B (zh) | 组合物和将厚环境阻挡涂层附接在cmc部件上的方法 | |
| US20170096906A1 (en) | Sealing fin armoring and method for the production thereof | |
| RU2342222C2 (ru) | Порошкообразный материал для истираемых покрытий и истираемое покрытие | |
| RU2680561C2 (ru) | Смесь порошковых материалов для газотермического напыления покрытий | |
| RU2530974C1 (ru) | Состав уплотнительного покрытия для модификации элемента статора турбины | |
| JP2010151267A (ja) | シール構造、およびこれを用いたガスタービン | |
| RU2386513C1 (ru) | Высокотемпературный композиционный материал для уплотнительного покрытия | |
| US10947615B2 (en) | Thermal barrier coating film, turbine member, and thermal barrier coating method | |
| CA3013304C (en) | Method for implementing abradable coating | |
| JP2009221902A (ja) | アブレイダブルシール部材及びその製造方法 | |
| RU2365466C1 (ru) | Способ защиты поверхности лопатки | |
| KR20240112828A (ko) | 마모성 실란트 물질을 위한 다공성 응집체 및 캡슐화된 응집체 및 이의 제조방법 | |
| JP2019157216A (ja) | セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 |