RU2795437C2 - Coatings resistant to drop impact for turbine blades and other components - Google Patents

Coatings resistant to drop impact for turbine blades and other components Download PDF

Info

Publication number
RU2795437C2
RU2795437C2 RU2020118018A RU2020118018A RU2795437C2 RU 2795437 C2 RU2795437 C2 RU 2795437C2 RU 2020118018 A RU2020118018 A RU 2020118018A RU 2020118018 A RU2020118018 A RU 2020118018A RU 2795437 C2 RU2795437 C2 RU 2795437C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
paragraphs
tungsten
material according
coating
erosion
Prior art date
Application number
RU2020118018A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020118018A3 (en
RU2020118018A (en
Inventor
Юрий ЖУК
Original Assignee
Хардид Плс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB1718191.8A external-priority patent/GB2568063B/en
Application filed by Хардид Плс filed Critical Хардид Плс
Publication of RU2020118018A publication Critical patent/RU2020118018A/en
Publication of RU2020118018A3 publication Critical patent/RU2020118018A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2795437C2 publication Critical patent/RU2795437C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: resistant materials.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a material resistant to erosion and corrosion, a material resistant to drop impact erosion, a turbine blade, a pump impeller, a method for manufacturing an erosion and corrosion resistant material, methods for applying a coating resistant to drop impact erosion, and methods for applying a coating resistant to cavitation erosion. The erosion and corrosion resistant material and the drop impact erosion resistant material comprise carbon-doped tungsten deposited on a substrate and have a columnar crystalline microstructure. Carbon-doped tungsten is a tungsten matrix in which tungsten carbide nanoparticles are dispersed in the form of a homogeneous nanostructure. There is no oxygen in said matrix, except for parts of the surface of said substrate open to air or moisture.
EFFECT: turbine blades, vanes and other parts are protected from drop impact erosion, especially erosion and/or corrosion.
50 cl, 22 dwg, 4 tbl

Description

[0001] Настоящее изобретение относится к имеющим покрытия турбинным лопаткам или лопастям, более конкретно, к турбинным лопаткам или лопастям паровых турбин и газовых турбин, используемых для производства электроэнергии, а также к лопаткам и лопастям, используемым в низкотемпературной компрессорной части авиационного двигателя. Определенные варианты осуществления также относятся к имеющим покрытия крыльчаткам насосов, клапанам и другим компонентам, которые могут подвергаться кавитационной эрозии в жидкости.[0001] The present invention relates to coated turbine blades or blades, more specifically to turbine blades or blades of steam turbines and gas turbines used for power generation, as well as to blades and blades used in the low temperature compressor part of an aircraft engine. Certain embodiments also relate to coated pump impellers, valves, and other components that may be subject to liquid cavitation erosion.

[0002] Кроме того, настоящее изобретение относится к покрытию, нанесенному на часть аэродинамической поверхности турбинной лопатки для повышения ее поверхностной устойчивости к эрозии, включая эрозию под действием ударов имеющих высокую скорость капель воды, а также эрозию под действием засасываемых твердых частиц, таких как песок, пыль и нагар. Предложенное покрытие предназначено для защиты лопаток от коррозии и/или совместного действия эрозии и коррозии. Предложенное покрытие также может придавать устойчивость к кавитации, в частности, таким компонентам, как крыльчатки насосов и клапаны, на которые воздействуют жидкие потоки.[0002] In addition, the present invention relates to a coating applied to a portion of the airfoil of a turbine blade to improve its surface resistance to erosion, including erosion by impacts of high-velocity water droplets, as well as erosion by suctioned solids such as sand. , dust and soot. The proposed coating is intended to protect the blades from corrosion and/or the combined effect of erosion and corrosion. The inventive coating can also impart cavitation resistance, in particular to components such as pump impellers and valves exposed to liquid flows.

[0003] Настоящее изобретение также относится к способу химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), разработанному для изготовления вышеупомянутого покрытия.[0003] The present invention also relates to a chemical vapor deposition (CVD) process developed for making the aforementioned coating.

Область техники настоящего изобретенияTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[0004] Турбинные лопатки представляют собой важнейшие детали паровых турбин и газовых турбин, широко используемых для производства электроэнергии, а также авиационных турбинных двигателей. Они представляют собой детали, разработанные на высоком техническом уровне, которые часто изготавливают с применением передовых материалов. Для достижения оптимальных аэродинамических эксплуатационных характеристик турбины, как правило, имеют оптимальную форму и отделку аэродинамической поверхности. В течение эксплуатации турбины лопатки часто движутся со скоростью, которая приближается к скорости звука или превышает ее, и подвергаются эрозии под действием ударов имеющих высокую скорость капель воды и твердых частиц, что приводит к повышению поверхностной шероховатости турбинных лопаток, значительному увеличению аэродинамического сопротивления и снижению коэффициента полезного действия турбины.[0004] Turbine blades are critical parts of steam turbines and gas turbines widely used for power generation, as well as aircraft turbine engines. They are highly engineered parts often made using advanced materials. In order to achieve optimum aerodynamic performance, turbines are typically shaped and airfoil-finished in an optimum manner. During turbine operation, the blades often move at or above the speed of sound and are eroded by the impact of high-velocity water droplets and solid particles, resulting in an increase in the surface roughness of the turbine blades, a significant increase in aerodynamic drag, and a decrease in the coefficient of efficiency of the turbine.

[0005] В некоторых режимах эксплуатации газовых турбин используют воду, вводимую в газовый поток на впуске турбины для увеличения массового потока и повышения коэффициента полезного действия турбина. Образование водяного аэрозоля иногда используют для удаления отложений, накапливающихся на лопатках. Капли воды из распыляемого аэрозоля ударяют по передним кромкам первых четырех или пяти рядов турбинных лопаток и могут приводить к каплеударной эрозии (КУЭ), воздействующей, главным образом, на передние кромки лопаток, придавая лопаткам поверхностную шероховатость и увеличивая трение и аэродинамическое сопротивление лопаток.[0005] In some operating modes of gas turbines, water is introduced into the turbine inlet gas stream to increase the mass flow and increase the efficiency of the turbine. The formation of water spray is sometimes used to remove deposits that accumulate on the blades. Water droplets from the aerosol spray strike the leading edges of the first four or five rows of turbine blades and can lead to drop impact erosion (DIP) affecting primarily the leading edges of the blades, roughening the surface of the blades and increasing friction and aerodynamic drag of the blades.

[0006] В паровых турбинах быстрое расширение пара приводит к конденсации воды на последних рядах турбинных лопаток. Капли сконденсированной воды могут накапливаться на неподвижных поверхностях турбинных лопаток, образуя более крупные капли, которые могут ударять в передние кромки вращающихся лопаток, таким образом, вызывая КУЭ. Это оказывается особенно проблематичным вблизи концов вращающихся лопаток, где скорость удара является максимальной. Считают, что КУЭ невозможно предотвратить в условиях эксплуатации паровой турбины с применением влажного пара.[0006] In steam turbines, the rapid expansion of steam causes water to condense on the last rows of turbine blades. Droplets of condensed water can accumulate on stationary surfaces of turbine blades, forming larger droplets that can strike the leading edges of the rotating blades, thus causing AEC. This is particularly problematic near the ends of the rotating blades, where the impact velocity is greatest. It is believed that AEC cannot be prevented under steam turbine operating conditions using wet steam.

[0007] Механизмы КУЭ не являются полностью понятными и включают множество факторов, таких как удары имеющих высокую скорость капель воды, вызывающие деформацию материала лопаток, высокоскоростные струи воды, ударные волны в жидкости и волны напряжений в металле, кавитационные пузырьки в жидкости и гидравлическое проникновение. В некоторых условиях эксплуатации турбин указанные механические факторы также могут быть ускорены химическими и коррозионными эффектами. Вследствие дискретной природы ударов на поверхность металла воздействуют усталостные условия, что приводит к инициированию, распространению и пересечению усталостных трещин, что, в свою очередь, может приводить к постепенной потере материала лопаток. Реакция твердой поверхности на удары капель воды имеет импульсную природу, которую определяют динамические, а не статические механические характеристики. Реакция поверхности металла на изменения под действием КУЭ с течением времени, начиная с исходной стадии инкубации, когда поверхность металла претерпевает деформацию, механическое упрочнение, введение дефектов, таких как дислокации, двойникование, инициирование трещин и образование поверхностной шероховатости без потери материала. Это обычно воздействует на верхний слой металла толщиной от 30 до 50 мкм. За этим следует стадия ускорения эрозии, когда удаление материала ускоряется вследствие распространения подповерхностных трещин и пересечений, что вызывает потери частиц материала, боковые струи воды со скоростями, многократно превышающими скорость ударяющейся капли, и удаление выступов шероховатости поверхности и деформированного материала посредством отрывающего действия. Отличительный признак КУЭ заключается в том, что подвергнутая эрозии поверхность металла приобретает высокую шероховатость. Удар имеющей высокую скорость капли воды по существовавшей ранее трещине или раковине может расширить трещину или раковину и приводить к туннелированию и вспучиванию поверхности металла под действием водяной струи и гидравлического проникновения. Через некоторое время скорость эрозии достигает своего максимума, и скорость КУЭ начинает уменьшаться на стадии замедления/ослабления, вероятно, вследствие амортизирующего эффекта водной подушки, остающейся в глубоких раковинах и полостях, которые образуются в поверхности металла, но даже на этой стадии эрозия продолжается, хотя и с меньшей скоростью. Некоторые хрупкие материалы или покрытия не проявляют этой стадии замедления/ослабления КУЭ и вместо этого претерпевают увеличение скорости эрозии, что приводит к так называемой катастрофической стадии, на которой материал или покрытие полностью разрушается.[0007] The mechanisms of AEC are not fully understood and include many factors such as impacts of high velocity water droplets causing blade material deformation, high velocity water jets, shock waves in liquid and stress waves in metal, cavitation bubbles in liquid and hydraulic intrusion. In some turbine operating conditions, these mechanical factors can also be accelerated by chemical and corrosion effects. Due to the discrete nature of impacts, fatigue conditions are applied to the metal surface, leading to the initiation, propagation, and crossing of fatigue cracks, which in turn can lead to gradual loss of blade material. The reaction of a solid surface to the impacts of water drops has an impulsive nature, which is determined by dynamic rather than static mechanical characteristics. The reaction of the metal surface to changes under the action of AEC over time, starting from the initial stage of incubation, when the metal surface undergoes deformation, mechanical hardening, the introduction of defects such as dislocations, twinning, crack initiation and the formation of surface roughness without loss of material. This usually affects the top layer of metal with a thickness of 30 to 50 microns. This is followed by an erosion acceleration stage where the removal of material is accelerated due to the propagation of subsurface cracks and intersections, which causes loss of material particles, side jets of water at velocities many times that of the impinging drop, and removal of surface roughness peaks and deformed material through a shearing action. A distinctive feature of CUE is that the eroded metal surface acquires a high roughness. The impact of a high-velocity water drop on a pre-existing crack or pit can expand the crack or pit and lead to tunneling and swelling of the metal surface by the action of the water jet and hydraulic penetration. After some time, the erosion rate reaches its maximum and the AEC rate begins to decrease during the slowing down/weakening stage, probably due to the cushioning effect of the water cushion remaining in the deep holes and cavities that form in the metal surface, but even at this stage, erosion continues, although and at a slower speed. Some brittle materials or coatings do not exhibit this AEC slowing/weakening stage and instead undergo an increase in erosion rate, resulting in a so-called catastrophic stage in which the material or coating is completely destroyed.

[0008] Различные материалы подвергаются воздействию КУЭ в различных степенях и различными путями. Например, поверхность вязкого материала будет подвергаться пластической деформации под действием ударов, образующих углубления, вокруг которых возвышенные края и выступы шероховатости поверхности могут удаляться посредством сдвигового действия имеющих высокую скорость боковых струй воды. Более твердые и хрупкие материалы, с другой стороны, проявляют тенденцию к образованию разрывов и усталостных трещин после повторяющихся ударов. Материалы, имеющие неоднородную структуру, такие как нанесенные термическим распылением покрытия, состоящие из частиц карбида вольфрама в матрице из металлического кобальта, проявляют тенденцию к инициированию повреждений в слабых точках или менее прочных компонентах. Поры, механически слабые включения и дефекты в поверхностном слое материала могут становиться концентраторами механических напряжений, где могут быть инициированы подповерхностные трещины. Повышенная концентрация пор, включений и дефектов в поверхностном слое материала может ускорять стадию инкубации и начало потери материала, делая такие материалы менее способными сопротивляться КУЭ. Считают, что разрушение материала под действием КУЭ на различных стадиях может включать все или большинство из механизмов, упомянутых выше. Вследствие сложности процесса КУЭ отсутствует единая теория развития КУЭ, и не существует общего подхода к прогнозированию устойчивости материала к КУЭ или к разработке материалов, которые могут защищать от КУЭ. Несмотря на всесторонние исследования в этой области, считается невозможной разработка универсального подхода к защите от КУЭ. Существуют лишь некоторые эмпирические правила, которые выполняются для материалов некоторые типов, но не для других типов. Отсутствует единый параметр материала, который может надежно характеризовать способность материала сопротивляться КУЭ.[0008] Different materials are exposed to CUE to varying degrees and in different ways. For example, the surface of a viscous material will undergo plastic deformation under the action of impacts, forming depressions around which the raised edges and projections of the surface roughness can be removed by the shear action of high velocity lateral water jets. Harder and more brittle materials, on the other hand, tend to develop ruptures and fatigue cracks after repeated impacts. Materials having a heterogeneous structure, such as thermal spray coatings consisting of particles of tungsten carbide in a matrix of cobalt metal, tend to initiate damage at weak points or weaker components. Pores, mechanically weak inclusions, and defects in the surface layer of a material can become mechanical stress concentrators, where subsurface cracks can be initiated. An increased concentration of pores, inclusions, and defects in the surface layer of a material can accelerate the incubation stage and the onset of material loss, making such materials less able to resist FEC. It is believed that the destruction of the material under the action of CUE at various stages may include all or most of the mechanisms mentioned above. Due to the complexity of the AEC process, there is no unified theory of the development of AEC, and there is no common approach to predicting the resistance of a material to AEC or to designing materials that can protect against AEC. Despite extensive research in this area, it is considered impossible to develop a universal approach to protection against TEC. There are only a few rules of thumb that hold true for some types of materials but not for other types. There is no single material parameter that can reliably characterize the ability of a material to resist AFC.

[0009] Один фактор, который считают важным наиболее часто, представляет собой твердость. Обычно считают, что твердость материала значительно влияет на устойчивость к каплеударной эрозии: для аналогичных материалов устойчивость к эрозии считают пропорциональной числу твердости по Виккерсу в степени 2 или 2,5 [Heymann, F.J.; «К количественному прогнозированию каплеударной эрозии»; STP 474; ASTM; 1970; с. 212-248].[0009] One factor that is most often considered important is hardness. It is usually believed that the hardness of the material significantly affects the resistance to drop impact erosion: for similar materials, erosion resistance is considered proportional to the Vickers hardness number to the power of 2 or 2.5 [Heymann, F.J.; "On the quantitative prediction of drop-impact erosion"; STP 474; ASTM; 1970; With. 212-248].

[0010] Легирующие элементы в стали и сплавах других металлов, а также микроструктуру сплавов считают важными факторами, влияющими на их устойчивость к КУЭ. Обнаружено, что сплавы кобальта, хрома и вольфрама, такие как Stellite®, проявляют высокую устойчивость к КУЭ, и это обычно считают результатом их микроструктуры.[0010] Alloying elements in steel and other metal alloys, as well as the microstructure of the alloys, are considered important factors influencing their resistance to CUE. Alloys of cobalt, chromium, and tungsten, such as Stellite®, have been found to exhibit high resistance to CEC, and this is generally considered to be a result of their microstructure.

[0011] Коррозия может воздействовать на поверхности турбинных лопаток, и в сочетании с КУЭ и/или с эрозией под действием твердых частиц коррозия и эрозия могут проявлять некоторую синергию, когда вследствие эрозии происходит потеря пассивного поверхностного оксидного слоя, присутствующего на многих сплавах, и, таким образом, ускоряется коррозия. Коррозия может представлять собой проблему для турбин, установленных в приморских областях, где в воздухе присутствуют частицы соли и/или капли соленой воды. Добавки или примеси из исходной воды могут концентрироваться, образуя так называемые «ранние конденсаты», приводящие к значительному коррозионному повреждению и коррозионному растрескиванию под напряжением турбинных компонентов. Например, коррозионные органические кислоты могут образовываться при термическом разложении этаноламина (ЕТА), используемого в качестве регулятора рН и хелатообразующего агента.[0011] Corrosion can attack turbine blade surfaces, and in combination with AFC and/or particulate erosion, corrosion and erosion can exhibit some synergy where the passive surface oxide layer present on many alloys is lost due to erosion, and, thus, corrosion is accelerated. Corrosion can be a problem for turbines installed in coastal areas where salt particles and/or salt water droplets are present in the air. Additives or impurities from the feed water can concentrate to form so-called "early condensates" leading to significant corrosion damage and stress corrosion cracking of turbine components. For example, corrosive organic acids can be formed from the thermal decomposition of ethanolamine (ETA) used as a pH adjuster and chelating agent.

Уровень техники настоящего изобретенияState of the art of the present invention

[0012] Покрытия широко используются на турбинных лопатках, лопастях и других компонентах. Существуют покрытия нескольких типов, причем каждый тип решает отдельную задачу:[0012] Coatings are widely used on turbine blades, vanes and other components. There are several types of coverage, and each type solves a separate problem:

i) теплозащитные покрытия, наносимые на лопатки горячей зоны в целях обеспечения более эффективной эксплуатации турбины при повышенной температуре,i) thermal barrier coatings applied to the blades of the hot zone in order to ensure more efficient operation of the turbine at elevated temperatures,

ii) абразивные покрытия, наносимые на концы лопаток для срезания истираемой оболочки в целях образования воздухонепроницаемой/газонепроницаемой системы,ii) abrasive coatings applied to the ends of the blades to cut off the abradable sheath to form an airtight/gastight system,

iii) устойчивые к коррозии покрытия, наносимые для предотвращения коррозии лопаток, иiii) corrosion resistant coatings applied to prevent corrosion of the blades, and

iv) устойчивые к эрозии покрытия.iv) erosion resistant coatings.

[0013] Покрытия, разработанные для решения задач (i) и (ii), часто оказываются неэффективными в решении задач (iii) и (iv) вследствие различной природы покрытий.[0013] Coatings designed to solve problems (i) and (ii) are often ineffective in solving problems (iii) and (iv) due to the different nature of the coatings.

[0014] Настоящее изобретение относится, в частности, к покрытиям типов (iii) и (iv), предназначенным для повышения устойчивости частей турбин к эрозии (включая каплеударную эрозию и эрозию под действием твердых частиц), а также к коррозии.[0014] The present invention relates in particular to coatings of types (iii) and (iv) for improving the resistance of turbine parts to erosion (including drop impact erosion and particle erosion) as well as to corrosion.

[0015] В документе US 2012/0125980 (WO 2011/009430) описан способ покрытия турбинной лопатки сплавом Со-Cr, где твердосплавное покрытие изготавливают отдельно, а затем присоединяют к поверхности компонента в процессе высокотемпературной пайки. Сплавы Со-Cr, такие как Stellite 6 и Stellite 21, в форме объемного материала действительно проявляют превосходную устойчивость к КУЭ. Однако их применение в качестве защитного твердосплавного покрытия, прикрепленного посредством пайки или высокотемпературной пайки, увеличивает число проблем. В течение эксплуатации турбины припаянный сплав может подвергаться коррозии, включая возможную биметаллическую или контактную коррозию в некоторых случаях. Остаточные напряжения в соединении высокотемпературной пайкой и другие механические напряжения могут дополнительно ослаблять прочность соединения высокотемпературной пайкой в течение эксплуатации турбины. Некоторые конструкции турбинных лопаток допускают торсионную деформацию лопаток в течение эксплуатации вследствие механических сил, и это прилагает дополнительные напряжения к соединению между стальной основой и твердосплавным покрытием из Со-Cr. С течением времени указанные факторы могут приводить к отделению твердосплавного слоя от основы лопатки. В течение эксплуатации турбины лопатки часто движутся со скоростью, которая приближается к скорости звука или превышает ее в некоторых случаях, и отделение твердых тяжелых частиц твердого сплава может вызывать катастрофическое повреждение турбины.[0015] US 2012/0125980 (WO 2011/009430) describes a method for coating a turbine blade with a Co-Cr alloy, where the carbide coating is made separately and then bonded to the surface of the component in a brazing process. Co-Cr alloys such as Stellite 6 and Stellite 21, in bulk material form, indeed show excellent resistance to ACC. However, their use as protective hardfacing applied by soldering or brazing increases the number of problems. During operation of the turbine, the brazed alloy may be subject to corrosion, including possible bimetallic or contact corrosion in some cases. Residual stresses in the braze joint and other mechanical stresses can further weaken the strength of the braze joint during operation of the turbine. Some turbine blade designs allow for torsional deformation of the blades during operation due to mechanical forces, and this places additional stresses on the joint between the steel substrate and the Co-Cr hardfacing. Over time, these factors can lead to separation of the carbide layer from the base of the blade. During operation of a turbine, the blades often move at speeds that approach or exceed the speed of sound in some cases, and the separation of solid heavy hard metal particles can cause catastrophic damage to the turbine.

[0016] Для нанесения слоя сплава Со-Cr меньшей толщины иногда используют такие способы, как лазерное плакирование и термическое напыление. Однако указанные способы могут создавать в слое растягивающие напряжения, которые с течением времени могут приводить к образованию трещин. Поверхностные трещины и микротрещины могут становиться концентраторами механических напряжений, отрицательно воздействуя на усталостные свойства турбинных лопаток, которые имеют значение для долговечности указанных быстродвижущихся напряженных деталей.[0016] Methods such as laser cladding and thermal spraying are sometimes used to deposit a thinner Co-Cr alloy layer. However, these methods can create tensile stresses in the layer, which over time can lead to the formation of cracks. Surface cracks and microcracks can become stress concentrators, adversely affecting the fatigue properties of turbine blades, which are important for the durability of these fast moving stressed parts.

[0017] В документе US 2010/0266409 (WO 2007/101465) описано теплозащитное покрытие, наносимое на турбинные лопатки. Полую охлаждаемую изнутри лопатку газовой турбины покрывают связующий слой на основе сплава MCrAlY и керамический теплозащитный слой оксида циркония на наружной стороне лопатки и внутреннее покрытие, содержащее диффузионный слой на основе Cr.[0017] US 2010/0266409 (WO 2007/101465) describes a thermal barrier coating applied to turbine blades. A hollow, internally cooled gas turbine blade is coated with an MCrAlY alloy-based bonding layer and a zirconium oxide ceramic heat-shielding layer on the outer side of the blade and an inner coating containing a Cr-based diffusion layer.

[0018] В документе US 2016/0312622 описано изготовление двухслойного покрытия, содержащего связующий слой, изготовленный из MCrAlX; где М представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, которую составляют железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), X представляет собой активный элемент, в качестве которого присутствует иттрий (Y) и/или кремний, скандий (Sc) и/или по меньшей мере один редкоземельный элемент, или гафний. Толщина связующего слоя составляет от 20 мкм до 50 мкм. Теплозащитное покрытие наносят поверх связующего слоя, применяя электронно-лучевое физическое осаждение из газовой фазы (ЭЛ-ФОГФ), и оно состоит, например, из ZrO2, Y2O3-ZrO2. Другими словами, на MCrAlX также может присутствовать нестабилизированный, частично стабилизированный или полностью стабилизированный оксидом иттрия и/или оксидом кальций и/или оксидом магния слой. Затем двухслойное покрытие может быть обеспечено соединенными протоками системы охлаждения, изготовленными, например, посредством селективного лазерного плавления.[0018] US 2016/0312622 describes the manufacture of a two-layer coating comprising a bonding layer made from MCrAlX; where M is at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element, which is yttrium (Y) and/or silicon, scandium (Sc) and/or at least one rare earth element or hafnium. The thickness of the bonding layer is from 20 µm to 50 µm. The thermal barrier coating is applied over the tie layer using electron beam physical vapor deposition (EL-VOGF) and consists of, for example, ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 . In other words, an unstabilised, partially stabilized or completely stabilized yttria and/or calcium oxide and/or magnesium oxide layer can also be present on the MCrAlX. The two-layer coating can then be provided by connected cooling system ducts made, for example, by selective laser melting.

[0019] В документе RU 2588973 описано изготовление теплозащитного покрытия посредством плазменного напыления покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, на подготовленную поверхность деталей, состоящих из сплава на основе никеля. Покрытие может быть обеспечено градиентным переходным слоем посредством двух магнетронов.[0019] RU 2588973 describes the manufacture of a thermal barrier coating by plasma spraying a yttria-stabilized zirconium oxide coating onto a prepared surface of nickel-based alloy parts. The coating can be provided with a gradient transition layer by means of two magnetrons.

[0020] Описания, упомянутые выше, сосредоточены на теплозащитном покрытии. Теплоизоляционные свойства теплозащитного покрытия определены керамическим слоем с низкой теплопроводностью, который представляет собой фактическую защиту от теплового потока. Теплозащитное покрытие используют на турбинных лопатках в высокотемпературной части газовой турбины. Применение указанных покрытий допускает повышение температуры эксплуатации турбины, что, таким образом, увеличивает коэффициент полезного действия. Керамические теплозащитные покрытия представляют собой передовые материалы, предназначенные для проявления специфической комбинации свойств, таких как низкая теплопроводность, высокая температура плавления, фазовый состав и химическая устойчивость, совместимые коэффициенты теплового расширения всех покровных слоев, высокая устойчивость к термической усталости и окислению. Указанные материалы, как правило, являются хрупкими и не обладают механической прочностью, и поэтому у них отсутствуют свойства устойчивости к эрозии. Кроме того, поскольку имеющие теплозащитное покрытие лопатки представляют собой части газовой турбины, работающие при высокой температуре, составляющей, как правило, от 1000°С до 1600°С, каплеударная эрозия не представляет собой проблему, потому что будут отсутствовать капли воды. Соответственно, не требуется устойчивость к КУЭ.[0020] The descriptions mentioned above focus on the thermal barrier coating. The heat-insulating properties of the heat-shielding coating are determined by a ceramic layer with low thermal conductivity, which is the actual protection against heat flow. The heat-shielding coating is used on turbine blades in the high-temperature part of a gas turbine. The use of these coatings allows an increase in the operating temperature of the turbine, thus increasing the efficiency. Ceramic thermal barrier coatings are advanced materials designed to exhibit a specific combination of properties such as low thermal conductivity, high melting point, phase composition and chemical resistance, compatible thermal expansion coefficients of all coating layers, high resistance to thermal fatigue and oxidation. These materials are generally brittle and lack mechanical strength and therefore lack erosion resistance properties. In addition, since heat-shielded blades are parts of a gas turbine operating at high temperature, typically 1000°C to 1600°C, droplet impingement erosion is not a problem because there will be no water droplets. Accordingly, resistance to CUE is not required.

[0021] В документе US 2017/0009591 описаны компрессорные лопатки или лопасти, которые состоят из металлического сплава, имеющего зону диффузии алюминия толщиной от 10 до 30 мкм на поверхности лопатки или лопасти в качестве подложки. Компрессорные лопатки или лопасти имеют покрытие из твердого материала, который содержит TiN, TiAlN, AlTiN, CrN в форме однослойных или многослойных керамических материалов, как правило, производимых посредством физическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ). Покрытие из твердого материала обеспечивает устойчивость к эрозии, а слой диффузии алюминия обеспечивает защиту от коррозии. Однако твердые покрытия, полученные посредством ФОГФ, как правило, имеют относительно малую толщину, составляющую лишь от 3 до 4 мкм, и не обеспечивают достаточную защиту от эрозии.[0021] US 2017/0009591 describes compressor vanes or vanes that are composed of a metal alloy having an aluminum diffusion zone 10 to 30 µm thick on the surface of the vane or vane as a substrate. Compressor blades or vanes are coated with a hard material that contains TiN, TiAlN, AlTiN, CrN in the form of single-layer or multi-layer ceramic materials, usually produced by physical vapor deposition (PVD). The hard material coating provides erosion resistance and the aluminum diffusion layer provides corrosion protection. However, the hard coatings obtained by FOGF generally have a relatively thin thickness of only 3 to 4 µm and do not provide sufficient erosion protection.

[0022] В документах US 6800383 и US 8043692 описаны покрытия, разработанные в качестве износоустойчивого покрытия для металлических деталей. Структуру и механические свойства указанных покрытий не считают оптимальными для защиты турбинных лопаток от КУЭ и объединенного воздействия эрозии и коррозии.[0022] US 6,800,383 and US 8,043,692 describe coatings designed as a wear resistant coating for metal parts. The structure and mechanical properties of these coatings are not considered optimal for protecting turbine blades from AFC and the combined effects of erosion and corrosion.

[0023] В документе US 6800383 описаны покрытия, состоящие, главным образом, из однофазных карбидов вольфрама, их смесей, а также смесей с углеродом и с металлическим вольфрамом, например, WC+C, WC, WC+W2C, W2C, W2C+W3C, W2C+W12C, W2C+W3C+W12C, W3C, W3C+W12C, W12C, WC+W, W2C+W, W3C+W, W12C+W, W3C+W12C+W. Во всех случаях в документе US 6800383 описаны композиции на основе карбида (карбидов) вольфрама в качестве основной фазы, причем вольфрам присутствует в смеси в качестве примеси, что доказано посредством рентгеновского дифракционного анализа. Указанные композиции карбидов вольфрама имеют высокую твердость, составляющую вплоть до 3500 кг/мм2. Содержание углерода в указанных покровных материалах может составлять вплоть до 15 мас. %, и содержание фтора может составлять вплоть до 0,5 мас. %. Как и большинство других карбидов, указанные материалы имеют относительно высокую хрупкость и высокие механические напряжения. Смеси различных фаз, полученных этим способом, проявляют тенденцию к присутствию очень высоких остаточных напряжений. Примеси механически непрочного углерода и хрупких субкарбидов W3C и W12C могут уменьшать вязкость разрушения и ударопрочность покрытия, причем указанные свойства являются важными для устойчивости к эрозии. Указанные покрытия могут содержать избыточные количества фтора, составляющего вплоть до 0,5 мас. %, что может быть неблагоприятным для адгезионных и защитных свойств покрытий, в частности, если покрытые изделия используют в присутствии воды или кислорода, как в случае лопаток для паровых и газовых турбин.[0023] US 6800383 describes coatings consisting primarily of single-phase tungsten carbides, mixtures thereof, and mixtures with carbon and with metallic tungsten, for example, WC+C, WC, WC+W 2 C, W 2 C , W 2 C+W 3 C, W 2 C+W 12 C, W 2 C+W 3 C+W 12 C, W 3 C, W 3 C+W 12 C, W 12 C, WC+W, W 2 C+W, W 3 C+W, W 12 C+W, W 3 C+W 12 C+W. In all cases, US 6,800,383 describes compositions based on tungsten carbide(s) as the main phase, with tungsten present in the mixture as an impurity, as proven by X-ray diffraction analysis. Said tungsten carbide compositions have a high hardness of up to 3500 kg/mm 2 . The carbon content in these coating materials can be up to 15 wt. %, and the fluorine content can be up to 0.5 wt. %. Like most other carbides, these materials have relatively high brittleness and high mechanical stresses. Mixtures of different phases obtained in this way tend to have very high residual stresses. Impurities of mechanically weak carbon and brittle subcarbides W 3 C and W 12 C can reduce the fracture toughness and impact resistance of the coating, and these properties are important for erosion resistance. These coatings may contain excess amounts of fluorine, up to 0.5 wt. %, which can be unfavorable for the adhesive and protective properties of the coatings, in particular if the coated articles are used in the presence of water or oxygen, as in the case of steam and gas turbine blades.

[0024] В документе US 8043692 описан вольфрам, легированный углеродом в количестве, составляющем 0,01 мас. % вплоть до 0,97 мас. %, и дополнительно легированный фтором в количестве, составляющем 0,001 мас. % вплоть до 0,4 мас. %. Материал имеет высокое число твердости по Виккерсу, составляющее вплоть до 2000, согласно некоторым вариантам осуществления вплоть до 2200, что является важным для износоустойчивости, но было неожиданно обнаружено, что такая высокая твердость является неблагоприятной для устойчивости к эрозии и, в частности, для устойчивости к КУЭ. Способ, описанный в документе US 8043692, не позволяет ни регулировать, ни предотвращать присутствие кислорода или воды в камере для нанесения покрытия, а также их адсорбцию на покрытых частях или присутствие в газообразных предшественниках. Тот факт, что даже следы кислорода и воды в камере для процесса ХОГФ могут воздействовать на свойства покрытия, был лишь недавно обнаружен заявителем настоящего изобретения. Водород промышленного качества, используемый в качестве газообразного восстановителя в известных процессах ХОГФ, содержит водяной пар и следы кислорода, которыми нельзя пренебрегать. Водород промышленного качества обычно производят посредством электролиза, и в результате этого он содержит значительные количества водяного пара и часто следы кислорода. Заявителем настоящего изобретения обнаружено, что большие реакторы ХОГФ, которые могут иметь внутренние поверхности из нержавеющей стали площадью более чем 10 м2 внутри вакуумной камеры, адсорбируют значительное количество водяного пара, когда камеру открывают после процесса ХОГФ. Это происходит, в частности, в случае охлаждаемых водой областей реакционной камеры, таких как охлаждаемая область вакуумной герметизации, где была обнаружена заметная конденсация воды. Кроме того, было обнаружено, что поверхности из нержавеющей стали могут адсорбировать кислород. Заявителем настоящего изобретения неожиданно обнаружено, что в результате дегазации вакуумной камеры перед каждым циклом ХОГФ и применения газов повышенной чистоты (в частности, водорода в качестве газообразного восстановителя и газообразного алкана) будет получено практически бескислородное покрытие, имеющее значительно улучшенные механические свойства. Неожиданно было обнаружено, что даже следовые количества кислорода могут образовывать включения механически непрочных нелетучих оксифторидов вольфрама, которые могут становиться концентраторами механических напряжений и/или точками инициирования подповерхностных микротрещин, причем они представляют собой основные механизмы КУЭ. Материалы, описанные в документе US 8043692, могут иметь высокое содержание углерода (вплоть до 0,97 мас. %), что может отрицательно воздействовать на вязкость разрушения и устойчивость к повторяющимся ударам, когда воздействует эрозия твердыми частицами или каплеударная эрозия. Указанные материалы могут содержать фтор в избыточных количествах, составляющих вплоть до 0,4 мас. %, что может отрицательно воздействовать на адгезионные и защитные свойства покрытия, в частности, для лопаток паровых и газовых турбин, эксплуатируемых в присутствии воды и кислорода в течение продолжительных периодов времени. Способ, описанный в документе US 8043692, не позволяет регулировать остаточные напряжения и пористость в получаемом в результате покрытии, причем они представляют собой важные факторы для усталостных свойств материала и его устойчивости к эрозии, в частности, к КУЭ.[0024] US 8043692 describes tungsten alloyed with carbon in an amount of 0.01 wt. % up to 0.97 wt. %, and additionally doped with fluorine in an amount of 0.001 wt. % up to 0.4 wt. %. The material has a high Vickers hardness number of up to 2000, in some embodiments up to 2200, which is important for wear resistance, but it has been unexpectedly found that such high hardness is unfavorable for erosion resistance and in particular for resistance to wear. KUE. The method described in US 8,043,692 neither controls nor prevents the presence of oxygen or water in the coating chamber, nor their adsorption to coated parts, or their presence in gaseous precursors. The fact that even traces of oxygen and water in the CVD process chamber can affect coating properties has only recently been discovered by the inventor of the present invention. The commercial grade hydrogen used as the reductant gas in known CVD processes contains water vapor and traces of oxygen which cannot be neglected. Commercial grade hydrogen is usually produced by electrolysis and as a result contains significant amounts of water vapor and often traces of oxygen. The Applicant of the present invention has found that large CVD reactors, which may have stainless steel interior surfaces greater than 10 m 2 inside the vacuum chamber, adsorb a significant amount of water vapor when the chamber is opened after the CVD process. This occurs in particular in the case of water-cooled regions of the reaction chamber, such as the vacuum-sealed cooled region, where appreciable condensation of water has been found. In addition, it has been found that stainless steel surfaces can adsorb oxygen. The Applicant of the present invention has surprisingly found that by degassing the vacuum chamber prior to each CVD cycle and using higher purity gases (particularly hydrogen as the reductant gas and alkane gas), a substantially oxygen-free coating will be obtained having significantly improved mechanical properties. Surprisingly, it has been found that even trace amounts of oxygen can form inclusions of mechanically fragile non-volatile tungsten oxyfluorides, which can become mechanical stress concentrators and/or initiation points of subsurface microcracks, and they are the main mechanisms of CEC. The materials described in US 8,043,692 can have a high carbon content (up to 0.97 wt %), which can adversely affect fracture toughness and repetitive impact resistance when subjected to particulate or drop impact erosion. These materials may contain fluorine in excess amounts of up to 0.4 wt. %, which can adversely affect the adhesive and protective properties of the coating, in particular for steam and gas turbine blades operated in the presence of water and oxygen for extended periods of time. The method described in US 8,043,692 does not allow for the control of residual stresses and porosity in the resulting coating, which are important factors for the fatigue properties of the material and its resistance to erosion, in particular AFC.

[0025] В документе ЕР 2256228 описано двухслойное покрытие для защиты поверхность от эрозии под действием частиц, таких как песок, грязь и пыль, или под действием повторяющихся ударов имеющей высокую скорость текучей среды, такой как атмосферные осадки или другие текучие среды. Указано, что первый слой должен присутствовать в форме металлической матрицы, имеющей керамическое армирование, твердость от 10 до 20 ГПа и толщину от 75 до 500 микрон. Первый слой может быть нанесен посредством высокоскоростного кислородно-топливного горения (ВСКТГ), холодного напыления или других способов, подходящих для нанесения металлокерамического материала, причем материал слоя выбран из группы, которую составляют WC/Co, WC/CoCr, карбид хрома - нихром, алмаз - никель. Второй слой, который, как правило, представляет собой керамический материал, имеющий твердость от 19 до 40 ГПа или выше и толщину от 1 и 25 микрон, наносят посредством ФОГФ или ХОГФ, причем материал слоя выбран из группы, которую составляют TiN, алмаз, алмазоподобный углерод, CrN, кубический нитрид бора, карбид бора, TiC или их комбинации. Подлежащая покрытию поверхность может представлять собой компонент силовой установки летательного аппарата, такой как лопасть вертолетного винта, лопасть пропеллера или лопасть вентилятора, ветровые или водяные турбины, крыльчатки, винты морских судов или большие трубопроводные системы.[0025] EP 2256228 describes a two-layer coating for protecting a surface from erosion by particles such as sand, dirt and dust, or by repeated impacts of a high velocity fluid such as precipitation or other fluids. It is stated that the first layer should be present in the form of a metal matrix having a ceramic reinforcement, a hardness of 10 to 20 GPa and a thickness of 75 to 500 microns. The first layer may be deposited by high velocity oxyfuel combustion (HVOF), cold spraying, or other methods suitable for deposition of a cermet material, the layer material being selected from the group consisting of WC/Co, WC/CoCr, chromium carbide - nichrome, diamond - nickel. The second layer, which is typically a ceramic material having a hardness of 19 to 40 GPa or higher and a thickness of 1 and 25 microns, is deposited by means of VOHF or CVD, the layer material being selected from the group consisting of TiN, diamond, diamond-like carbon, CrN, cubic boron nitride, boron carbide, TiC, or combinations thereof. The surface to be coated may be an aircraft propulsion component such as a helicopter propeller blade, propeller or fan blade, wind or water turbines, impellers, marine propellers, or large piping systems.

[0026] Покровные слои, описанные в документе ЕР 2256228, не считают оптимальными для придания устойчивости к КУЭ паровым турбинам. В частности, твердый керамический второй слой является хрупким, но, как известно, хрупкие материалы быстро повреждаются при воздействии повторяющихся ударов в процессе КУЭ, что, как правило, приводит к катастрофическому разрушению. ВСКТГ и другие способы напыления покрытия, используемые для изготовления первого слоя, как правило, имеют остаточные напряжения растяжения, а также являются хрупкими, что оказывается непригодным для обеспечения эффективной защиты от КУЭ. Используя ВСКТГ и другие способы напыления покрытия, производят покрытия, имеющие неоднородную толщину и высокую поверхностную шероховатость, для устранения которой потребуется последующее шлифование или полирование покрытия для получения поверхностной отделки, желательной для турбинных лопаток. Эта операция последующего шлифования покрытия является относительно несложной для деталей, имеющих простую геометрическую форму, таких как цилиндрические или плоские детали. Однако шлифование после нанесения покрытия в случае разработанных на высоком техническом уровне турбинных лопаток, имеющих сложные трехмерные формы, было бы весьма затруднительным. Нанесение более твердого второго покровного слоя в вакууме способами ФОГФ или ХОГФ налагает строгие требования на чистоту подложки. Это может оказаться проблематичным, поскольку первый слой, представляющий собой пористое покрытие, нанесенное посредством ВСКТГ, после шлифования будет загрязнено смазочно-охлаждающими текучими средами и маслами, что сделает нанесение второго твердого слоя весьма затруднительным на практике.[0026] The overlays described in EP 2256228 are not considered optimal for making steam turbines heat resistant. In particular, the hard ceramic second layer is brittle, but brittle materials are known to be rapidly damaged when subjected to repeated impacts in the CEC process, typically resulting in catastrophic failure. VKTG and other coating methods used to produce the first layer, as a rule, have residual tensile stresses, and are also brittle, which is unsuitable for providing effective protection against ACC. Using VSKTG and other spray coating methods, coatings are produced having a non-uniform thickness and high surface roughness, which will require subsequent grinding or polishing of the coating to achieve the surface finish desired for turbine blades. This post-grinding operation of the coating is relatively uncomplicated for parts having a simple geometric shape, such as cylindrical or flat parts. However, post-coating grinding in the case of highly engineered turbine blades having complex three-dimensional shapes would be very difficult. The application of a harder second coating layer in vacuum by the FOHF or CVD methods imposes stringent requirements on the cleanliness of the substrate. This can be problematic because the first layer, which is a porous coating applied by HCTG, will be contaminated with cutting fluids and oils after grinding, which will make applying the second solid layer very difficult in practice.

[0027] В документе US 4741975 описано многослойное покрытие на лопатках газотурбинного двигателя, которое улучшает их устойчивость к эрозии под действием частиц песка и пыли без проявления резкого уменьшения срока службы при усталостных нагрузках. Покрытие имеет первый вязкий слой, содержащий палладий, платину или никель, второй слой, состоящий из практически чистого вольфрама, и третий устойчивый к эрозии слой, состоящий из сплава вольфрама и углерода или вольфрамовой металлической матрицы с диспергированной смесью вольфрамоуглеродных фаз. Относительно твердое наружное покрытие имеет твердость по алмазной пирамиде от 1600 до 2400 и предпочтительно от 1900 до 2000. Покрытие содержит от 93,88 до 97,8% вольфрама и от 2,12 до 6,12% углерода. Используемые в настоящем документе единицы твердости по алмазной пирамиде (DPH) являются эквивалентными более широко используемому числу твердости по Виккерсу (HV). Это твердое наружное покрытие может быть осаждено способами ХОГФ или напыления. Если используют напыление, ингредиенты состава слоя будут включать соединения от WC до W3C, в частности W2C. Если используют ХОГФ, следует обратиться к документу US 4427445, который представлен ниже.[0027] US 4,741,975 describes a multi-layer coating on gas turbine engine blades that improves their resistance to sand and dust erosion without exhibiting a drastic reduction in fatigue life. The coating has a first viscous layer containing palladium, platinum or nickel, a second layer consisting of substantially pure tungsten, and a third erosion-resistant layer consisting of an alloy of tungsten and carbon or a tungsten metal matrix with a dispersed mixture of tungsten-carbon phases. The relatively hard outer coating has a diamond pyramid hardness of 1600 to 2400 and preferably 1900 to 2000. The coating contains 93.88 to 97.8% tungsten and 2.12 to 6.12% carbon. The units of diamond pyramid hardness (DPH) used herein are equivalent to the more commonly used Vickers hardness number (HV). This hard outer coating can be deposited by CVD or sputtering methods. If spraying is used, the layer composition ingredients will include compounds from WC to W 3 C, in particular W 2 C. If CVD is used, reference should be made to US 4,427,445, which is presented below.

[0028] В документе US 4427445 описан способ ХОГФ, в котором используют WF6, водород, диметиловый эфир (СН3ОСН3) и азот. Материал, полученный в конкретных условиях согласно этому патенту, представляет собой двухфазную смесь, в которой одна фаза представляет собой чистый вольфрам в количестве от 20 до 90 мас. %, а другая фаза представляет собой структуру А15, причем структура А15 представляет собой карбид вольфрама или смесь карбида вольфрама и оксида вольфрама. Это подтверждено рентгеновским дифракционным анализом. Осажденный материал, описанный в документе US 4427445, имеет очень высокую твердость по Виккерсу (от 1820 до 2500) и высокую степень напряжения, и для него может потребоваться дополнительная термическая обработка при температуре от 600 до 700°С. Такая термическая обработка является неприемлемой для некоторых сталей, которые могут деформироваться и терять определенные желательные механические свойства.[0028] US 4,427,445 describes a CVD process using WF6, hydrogen, dimethyl ether (CH 3 OCH 3 ) and nitrogen. The material obtained under specific conditions according to this patent is a two-phase mixture in which one phase is pure tungsten in an amount of from 20 to 90 wt. %, and the other phase is the structure A15, and the structure A15 is tungsten carbide or a mixture of tungsten carbide and tungsten oxide. This was confirmed by X-ray diffraction analysis. The deposited material described in US 4,427,445 has a very high Vickers hardness (1820 to 2500) and a high degree of stress and may require further heat treatment at 600 to 700°C. Such heat treatment is unacceptable for some steels, which may warp and lose certain desirable mechanical properties.

[0029] В документе US 4427445 описано применение кислородсодержащих предшественников, таких как метанол, этанол, диметиловый эфир, альдегиды и кетоны, и рекомендовано применение смесей органических предшественников для регулирования твердости получаемого материала.[0029] US 4,427,445 describes the use of oxygenated precursors such as methanol, ethanol, dimethyl ether, aldehydes, and ketones and recommends the use of mixtures of organic precursors to control the hardness of the resulting material.

[0030] В документе US 4741975 также указано, что используемая для ХОГФ газовая смесь содержит органические соединения, содержащие углерод, кислород и водород (столбец 6, строки 23-27). Применение кислородсодержащих предшественников приводит к существенным включениям оксидов и оксифторидов вольфрама в осажденный материал.[0030] US 4,741,975 also states that the gas mixture used for CVD contains organic compounds containing carbon, oxygen and hydrogen (column 6, lines 23-27). The use of oxygen-containing precursors leads to significant inclusions of tungsten oxides and oxyfluorides in the deposited material.

[0031] В документе US 4741975 описано покрытие для защиты газотурбинных двигателей от эрозии под действием частиц песка и пыли, но не упомянуты паровые турбины или проблемы, связанные с каплеударной эрозией. Эрозия под действием твердых частиц происходит в соответствии с механизмами, которые отличаются от механизма КУЭ и преимущественно представляют собой микрорезание, и, таким образом, для устойчивости к эрозии под действием твердых частиц требуется высокая поверхностная твердость. Твердое покрытие, описанное в документе US 4741975, содержит хрупкие макрофазы карбидов вольфрама WC, W2C и W3C, а также содержит в незначительных количествах оксиды и оксифториды вольфрама. При воздействии КУЭ, твердые покрытия, имеющие указанные характеристики, могут страдать от хрупкого разрушения и усталостных микротрещин и не будут обеспечивать достаточную защиту.[0031] US 4,741,975 describes a coating for protecting gas turbine engines from sand and dust erosion, but does not mention steam turbines or problems associated with droplet erosion. Particulate erosion occurs according to mechanisms that are different from the FEC mechanism and are predominantly micro-cutting, and thus high surface hardness is required for particulate erosion resistance. The hard coating described in US 4,741,975 contains brittle macrophases of tungsten carbides WC, W 2 C and W 3 C, and also contains minor amounts of tungsten oxides and oxyfluorides. When exposed to AEC, hard coatings having these characteristics may suffer from brittle fracture and fatigue microcracks and will not provide sufficient protection.

[0032] В документе WO 2010/044936 описаны лопатки газовых турбин (с особым упоминанием вертолетных двигателей) и обозначено различие между ударным повреждением передней кромки и эрозией аэродинамической поверхности, вызванной ударами отраженных частиц посредством твердых частиц, увлекаемых в воздухе, засасываемом двигателем. На турбинные лопатки нанесено методом ФОГФ многослойное нитридное керамическое покрытие одного из трех следующих составов: TiAlN, CrN, TiSiCN. Указано, что оно является более устойчивым к эрозии, чем покрытие из карбида вольфрама, осажденное способом ВСКТГ. Отмечено, что нанесенные посредством ФОГФ покрытия также подвержены растрескиванию и отслаиванию, когда их бомбардируют круглые частицы. Отсутствует рассмотрение конкретной проблемы каплеударной эрозии. Покрытия, описанные в этом патенте, представляют собой хрупкие керамические материалы, которые имеют высокие остаточные напряжения и могут проявлять склонность к растрескиванию и отслаиванию, когда на них воздействуют повторяющиеся удары, и они не являются пригодными для обеспечения защиты от КУЭ.[0032] WO 2010/044936 describes gas turbine blades (with special reference to helicopter engines) and distinguishes between leading edge impact damage and airfoil erosion caused by reflected particle impacts by particulate matter entrained in engine intake air. Turbine blades are coated with a multilayer nitride ceramic coating using the FOGF method, one of the following three compositions: TiAlN, CrN, TiSiCN. It is said to be more resistant to erosion than the tungsten carbide coating deposited by the WCTG method. It has been noted that FOGF coatings are also susceptible to cracking and peeling when bombarded with round particles. There is no consideration of the specific problem of drop impact erosion. The coatings described in this patent are brittle ceramic materials that have high residual stresses and may be prone to cracking and flaking when subjected to repeated impacts and are not suitable for providing protection against TEC.

[0033] В документе WO 2011/025596 на основе документа WO 2010/044936 описаны осажденные посредством ФОГФ многослойные нитридные керамические покрытия для защиты лопаток газовых турбин. Покрытия имеют лишь некоторые области аэродинамических поверхностей лопаток, например, только вогнутые поверхности согласно некоторым вариантам осуществления и вогнутые и выпуклые поверхности согласно другим вариантам осуществления. Кроме того, в описании сопоставлены столбчатая микроструктура нанесенных посредством ФОГФ покрытий и нестолбчатая «доскообразная» структура полученных термическим распылением покрытий. Указано, что нанесенные посредством ФОГФ покрытия из разнообразные нитридов являются особенно эффективными, и особенно отмечена столбчатая микроструктура. Аналогично документу WO 2010/044936, не предполагается, что покрытия будут обеспечивать достаточную защиту от КУЭ вследствие своей хрупкой природы и высоких остаточных напряжений нанесенных посредством ФОГФ керамических покрытий. Кроме того, некоторые нанесенные посредством ФОГФ покрытия имеют значительную пористость, которая может обеспечивать пути для коррозионной среды, воздействующей на находящуюся под покрытием подложку.[0033] Based on WO 2010/044936, WO 2011/025596 describes multi-layer nitride ceramic coatings deposited by FOGF for protecting gas turbine blades. Coatings have only certain areas of blade airfoils, such as only concave surfaces according to some embodiments, and concave and convex surfaces according to other embodiments. In addition, the description compares the columnar microstructure of the coatings deposited by means of FOGF and the non-column "board-like" structure of the thermally sprayed coatings. Coatings of various nitrides deposited by means of FOGF are said to be particularly effective, and the columnar microstructure is especially noted. Similar to WO 2010/044936, the coatings are not expected to provide sufficient protection against FEC due to their brittle nature and the high residual stresses of FOFF applied ceramic coatings. In addition, some FOFF coatings have significant porosity, which can provide pathways for a corrosive environment to attack the underlying substrate.

[0034] В документе US 6447932 описаны системы для нанесения покрытий на компоненты газовых турбин, содержащие подложку из сверхпрочных сплавов с азотированными областями, обогащенное алюминием покрытие и необязательно теплоизоляционный керамический слой. Этот патент сосредоточен на высокотемпературной области газотурбинного двигателя, и описанные покрытия были разработаны, чтобы выдерживать высокие температуры и высокие термоциклические напряжения. Не предполагается, что указанные покрытия способны защищать лопатки от КУЭ, эрозии под действием твердых частиц или коррозии.[0034] US 6,447,932 describes coating systems for gas turbine components comprising a superalloy substrate with nitrided regions, an aluminum-rich coating, and optionally a thermally insulating ceramic layer. This patent focuses on the high temperature region of a gas turbine engine and the coatings described have been designed to withstand high temperatures and high thermal cycling stresses. These coatings are not expected to be capable of protecting blades from AFC, particulate erosion or corrosion.

[0035] В документе ЕР 1939318 описано насыщение углеродом подложки на основе никеля (например, сверхпрочного сплава) таким образом, чтобы ингибировать вторичные реакции с наносимым впоследствии обогащенным алюминием покрытием, в частности, в отношении компонентов высокотемпературной части газовой турбины. Поверхностная обработка посредством насыщения углеродом и покрытия, описанные в этом патенте, не защищают лопатки от КУЭ, эрозии под действием твердых частиц или коррозии под действием воды.[0035] EP 1939318 describes carbonizing a nickel-based substrate (e.g., superalloy) in such a way as to inhibit secondary reactions with a subsequent aluminium-enriched coating, in particular with regard to components of the high temperature part of a gas turbine. The carbonizing surface treatment and coatings described in this patent do not protect the blades from FCC, particulate erosion, or water corrosion.

[0036] В документе ЕР 1634976 описаны способы нанесения покрытия на турбинные компоненты, работающие при высокой температуре и высоком давлении. Смесь порошка MCrAlY с абразивным порошком наносят посредством холодного газодинамического распыления, за которым может следовать термическая обработка. Указано, что это покрытие способно защищать компоненты высокотемпературной области газовой турбины, и оно не признано в качестве подходящей защиты от КУЭ или коррозии под действием воды.[0036] EP 1634976 describes methods for coating turbine components operating at high temperature and high pressure. The mixture of MCrAlY powder with abrasive powder is applied by cold gas dynamic spraying, which may be followed by heat treatment. This coating is said to be capable of protecting gas turbine high temperature region components and is not recognized as a suitable protection against AFC or water corrosion.

[0037] В документе WO 2014/143244 (US 2014/0272166) описаны покрытия, наносимые на предварительно выбранные наружные аэродинамические поверхности лопатки, такие как аэродинамическая поверхность передней кромки или поверхность вогнутой стороны, или поверхность выпуклой стороны, или их комбинации. Здесь описано очень широкое разнообразие покрытий и видом поверхностной обработки, осуществляемых такими способами, как высокоскоростное кислородно-топливное распыление, высокоскоростное воздушно-топливное распыление, плазменное распыление раствора, холодное распыление, химическое осаждение из газовой фазы, электроискровое осаждение, плазмохимическое осаждение из газовой фазы или воздушное плазменное распыление. Покрытия могут образовывать TiAlN, AlTiN, многослойный TiAlN/TiN, многослойный TiAlN/Cr, вольфрам-карбид вольфрама, карбид вольфрама-кобальт, кобальт-хром-карбид вольфрама, карбид хрома-никель, карбид хрома-никель-хром или алмазоподобный углеродный материал. Кроме того, описаны азотирование и насыщение углеродом материала лопатки и нанесение связующего покрытия.[0037] WO 2014/143244 (US 2014/0272166) describes coatings applied to preselected outer airfoils of a blade, such as a leading edge airfoil, or a concave side surface, or a convex side surface, or combinations thereof. A very wide variety of coatings and surface treatments are described here, such as high velocity oxygen fuel spraying, high velocity air fuel spraying, solution plasma spraying, cold spraying, chemical vapor deposition, electrospark deposition, plasma chemical vapor deposition, or air plasma spray. Coatings can be TiAlN, AlTiN, TiAlN/TiN multilayer, TiAlN/Cr multilayer, tungsten-tungsten carbide, tungsten carbide-cobalt, cobalt-chromium-tungsten carbide, chromium-nickel carbide, chromium-nickel-chromium carbide, or diamond-like carbon material. In addition, nitriding and carbonizing the material of the blade and applying a bond coating are described.

[0038] Этот документ сосредоточен на защите лопаток газовых турбин от эрозии под действием твердых частиц, в частности, в отношении покрытий, обеспечивающих улучшенную высокоугловую защиту от эрозии под действием твердых частиц на аэродинамических поверхностях передней кромки компрессора, а также способных обеспечивать низкоугловую защиту от эрозии под действием твердых частиц на вогнутой 16 и выпуклой 18 сторонах аэродинамических поверхностей. В этом документе не рассмотрена КУЭ и не указаны детали паровой турбины.[0038] This document focuses on the protection of gas turbine blades from particulate erosion, in particular with respect to coatings that provide improved high-angle particulate erosion protection on compressor leading edge airfoils, as well as being capable of providing low-angle erosion protection. under the action of solid particles on the concave 16 and convex 18 sides of the aerodynamic surfaces. This document does not deal with the CUE and does not specify the details of the steam turbine.

[0039] Чтобы сопротивляться эрозии под действием твердых частиц, покрытия, описанные в документе WO 2014/143244 (US 2014/0272166), должны имеют высокую твердость покровного слоя, составляющего по Виккерсу от приблизительно 1200 до приблизительно 2000, предпочтительно от приблизительно 1400 до приблизительно 1600. Эта высокая твердость покрытий увеличивает риск разрушения от удара. Кроме того, не рассмотрены ни пористость покрытий, которая может воздействовать на их устойчивость к КУЭ, а также на их эффективность в отношении защиты от коррозии, ни вопрос существующих в покрытиях остаточных напряжений, которые могут воздействовать на устойчивость покрытий к инициированию и распространению микротрещин. Кроме того, здесь отсутствует какой-либо подробный анализ состава покрытий.[0039] In order to resist particulate erosion, the coatings described in WO 2014/143244 (US 2014/0272166) should have a high hardness of the cover layer of about 1200 to about 2000 Vickers, preferably about 1400 to about 1600. This high hardness of the coatings increases the risk of fracture from impact. In addition, neither the porosity of the coatings, which can affect their resistance to AECs, as well as their effectiveness in protecting against corrosion, nor the issue of residual stresses existing in the coatings, which can affect the resistance of coatings to the initiation and propagation of microcracks, are considered. In addition, there is no detailed analysis of the composition of the coatings.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

[0040] Согласно первому аспекту предложен устойчивый к эрозии и коррозии нанесенный на подложку материал, причем материал содержит легированный углеродом металлический вольфрам в практически однородной наноструктуре, в которой практически отсутствует кислород, за исключением частей поверхности, открытых для воздуха или влаги, и при этом материал имеет столбчатую кристаллическую микроструктуру.[0040] According to a first aspect, an erosion and corrosion resistant substrate material is provided, wherein the material comprises carbon-doped metallic tungsten in a substantially uniform nanostructure that is substantially free of oxygen except for portions of the surface exposed to air or moisture, and wherein the material has a columnar crystalline microstructure.

[0041] Согласно второму аспекту предложен устойчивый к каплеударной эрозии нанесенный на подложку материал, причем материал содержит легированный углеродом металлический вольфрам в практически однородной наноструктуре, в которой практически отсутствует кислород, за исключением частей поверхности, открытых для воздуха или влаги, и при этом материал имеет столбчатую кристаллическую микроструктуру.[0041] According to a second aspect, a drop impact erosion resistant substrate material is provided, wherein the material comprises carbon-doped metallic tungsten in a substantially homogeneous nanostructure that is substantially free of oxygen except for portions of the surface exposed to air or moisture, and wherein the material has columnar crystalline microstructure.

[0042] Легирование металлов представляет собой сложное физико-химическое явление, вызывающее значительный практический интерес. Например, легирование железа различными количествами углерода в различных условиях может существенно изменять его механические и физические свойства от мягкого железа до низкоуглеродистой стали, высокоуглеродистой стали и чугуна. Свойства стали, прежде всего, ее твердость и вязкость, в значительной степени зависят от содержания углерода и формы, в которой углерод присутствует в стали (например, как свободный цементит Fe3C или, в качестве альтернативы, как твердый раствор внедрения углерода в железе).[0042] Alloying of metals is a complex physical and chemical phenomenon of considerable practical interest. For example, alloying iron with different amounts of carbon under different conditions can significantly change its mechanical and physical properties from soft iron to low carbon steel, high carbon steel and cast iron. The properties of steel, primarily its hardness and toughness, are largely dependent on the carbon content and the form in which carbon is present in the steel (for example, as free cementite Fe 3 C or, alternatively, as a solid solution of carbon intercalation in iron) .

[0043] Легирование следует отличать от включения или простого механического смешивания нескольких материалов. Например, включения свободного углерода в железе могут производить неблагоприятное воздействие на его механические свойства, в то время как легирование углеродом может улучшать механические свойства железа.[0043] Alloying should be distinguished from inclusion or simple mechanical mixing of several materials. For example, inclusions of free carbon in iron can adversely affect its mechanical properties, while doping with carbon can improve the mechanical properties of iron.

[0044] В контексте настоящей заявки термин «легированный углеродом вольфрам» означает матрицу из металлического вольфрама, в которой диспергированы наночастицы карбида вольфрама. Другими словами, этот материал представляет собой, главным образом, металлический вольфрам. Наночастицы карбида вольфрама имеют достаточно малые размеры, чтобы они могли проявлять характеристические пики карбида вольфрама при исследовании посредством рентгеновского дифракционного анализа.[0044] As used herein, the term "carbon-doped tungsten" means a matrix of tungsten metal in which tungsten carbide nanoparticles are dispersed. In other words, this material is mainly metallic tungsten. The tungsten carbide nanoparticles are small enough to exhibit characteristic tungsten carbide peaks when examined by X-ray diffraction analysis.

[0045] Сплав вольфрама и углерода не представляет собой ни карбид вольфрама как соединение, ни простую смесь вольфрама и углерода. Легирование следует отличать от простых включений и т.д. Например, включения свободного углерода в железе, как правило, производят неблагоприятное воздействие на его механические свойства.[0045] The alloy of tungsten and carbon is neither tungsten carbide as a compound nor a simple mixture of tungsten and carbon. Doping should be distinguished from simple inclusions, etc. For example, inclusions of free carbon in iron tend to have an adverse effect on its mechanical properties.

[0046] После всестороннего экспериментирования и анализа в отношении настоящей заявки авторы настоящего изобретения обнаружили, что легирование вольфрама углеродом в различных заданных количествах может значительно изменять свойства материала.[0046] After extensive experimentation and analysis in relation to the present application, the authors of the present invention found that alloying tungsten with carbon in various specified amounts can significantly change the properties of the material.

[0047] Чрезмерно низкое содержание углерода производит небольшое воздействие или не влияет на физические свойства вольфрама. С другой стороны, чрезмерно высокое содержание углерода может вызывать высокие напряжения и может приводить к образованию трещин в легированном вольфрам слое. В определенных условиях избыточный углерод может вызывать осаждение углерода или карбидов на границах микрозерен, что неблагоприятно воздействует как на механические свойства, так и на устойчивость к коррозии.[0047] Excessively low carbon content has little or no effect on the physical properties of tungsten. On the other hand, an excessively high carbon content may cause high stresses and may lead to cracking in the tungsten-doped layer. Under certain conditions, excess carbon can cause precipitation of carbon or carbides at the micrograin boundaries, which adversely affects both mechanical properties and corrosion resistance.

[0048] Кроме того, практическое отсутствие кислорода или кислородных соединений в объемном материале (без учета какого-либо поверхностного оксидного слоя, образующегося в результате воздействия воздуха или влаги) способствует улучшению ударной вязкости материала. В частности, включения нелетучих и механически непрочных оксифторидов вольфрама, таких как WOF4, WO2F2, WO2F4 и другие, могут выступать в качестве концентраторов механических напряжений и точек инициирования подповерхностных микротрещин. Некоторые оксифториды вольфрама могу реагировать с кислородом и водой, что дополнительно воздействует на механические и коррозионно-защитные свойства материала. Неожиданно было обнаружено, что практически бескислородный легированный вольфрам имеет улучшенные механические и усталостные свойства и обеспечивает улучшенную защиту от эрозии, включая КУЭ, а также от коррозии.[0048] In addition, the virtual absence of oxygen or oxygen compounds in the bulk material (ignoring any surface oxide layer formed as a result of exposure to air or moisture) helps to improve the toughness of the material. In particular, inclusions of non-volatile and mechanically weak tungsten oxyfluorides, such as WOF 4 , WO 2 F 2 , WO 2 F 4 and others, can act as mechanical stress concentrators and initiation points of subsurface microcracks. Some tungsten oxyfluorides can react with oxygen and water, which further affects the mechanical and corrosion-protective properties of the material. Surprisingly, it has been found that substantially oxygen-free alloyed tungsten has improved mechanical and fatigue properties and provides improved protection against erosion, including AFC, as well as against corrosion.

[0049] Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предложена практически однородная мелкомасштабная наноструктура, которая может способствовать предотвращению образования концентраторов механических напряжений и, таким образом, уменьшать риск инициирования трещин внутри материала или покровного слоя, изготовленного из материала. После всестороннего исследования и экспериментирования было обнаружено, что указанные факторы играют важную роль в защите турбинных лопаток от КУЭ и в некоторой степени от эрозии под действием твердых частиц, а также от коррозии.[0049] Embodiments of the present invention provide a substantially uniform small scale nanostructure that can help prevent the formation of stress raisers and thus reduce the risk of crack initiation within a material or a cover layer made from the material. After extensive research and experimentation, these factors have been found to play an important role in protecting turbine blades from AFC and to some extent from particulate erosion and corrosion.

[0050] В результате всесторонней экспериментальной работы заявителем настоящего изобретения было определено, что существует ряд факторов, которые следует принимать во внимание в целях защиты турбинных лопаток, лопастей и других деталей от каплеударной эрозии, эрозии под действием твердых частиц и/или коррозии. Идеальное покрытие на турбинных лопатках и аналогичных деталях должно обладать комбинацией свойств и характеристик, включая один или несколько из следующих признаков:[0050] As a result of extensive experimental work, the applicant of the present invention has determined that there are a number of factors that should be taken into account in order to protect turbine blades, blades and other parts from droplet erosion, particulate erosion and / or corrosion. An ideal coating on turbine blades and similar items should have a combination of properties and characteristics, including one or more of the following:

i) повышенная устойчивость к каплеударной эрозии;i) increased resistance to teardrop erosion;

ii) повышенная устойчивость к эрозии под действием твердых частиц;ii) improved resistance to particulate erosion;

iii) свойства защиты от коррозии и низкая пористость для изоляции материала подложки от воздействия коррозионной текучей среды;iii) corrosion protection properties and low porosity to isolate the substrate material from attack by a corrosive fluid;

iv) хорошая однородность толщины осажденного покрытия в целях сохранения трехмерной формы аэродинамической поверхности лопаток без шлифования после покрытия;iv) good thickness uniformity of the deposited coating in order to maintain the three-dimensional shape of the blade airfoil without grinding after coating;

v) сильная адгезионная связь покрытия и металлической лопатки;v) strong adhesive bond between the coating and the metal spatula;

vi) достаточная толщина, подходящая структура и механические свойства для сопротивления каплеударной эрозии;vi) sufficient thickness, suitable structure and mechanical properties to resist drop impact erosion;

vii) покрытие предпочтительно должно находиться в состоянии остаточного напряжения сжатия в целях предотвращения инициирования и распространения трещин и усиления свойств усталостной устойчивости;vii) the coating should preferably be under compressive residual stress in order to prevent crack initiation and propagation and enhance fatigue properties;

viii) напряжение сжатия не должно быть избыточным, поскольку это могло бы вызывать образование горизонтальных трещин и когезионное разрушение покрытия;viii) compressive stress must not be excessive as this could cause horizontal cracking and cohesive failure of the coating;

ix) достаточная твердость для сопротивления механическому истиранию, но также повышенная ударная прочность и вязкость для защиты покрытия от хрупкого разрушения и образования микротрещин в течение механических или тепловых ударов или в условиях усталости от многочисленных ударных нагрузок;ix) sufficient hardness to resist mechanical abrasion, but also increased impact strength and toughness to protect the coating from brittle fracture and microcracking during mechanical or thermal shock or under multiple impact fatigue conditions;

x) поверхность покрытия в своем состоянии «после осаждения» должна иметь низкую шероховатость и, если это необходимо, быть подходящей для полирования в целях требуемой отделки поверхности на турбинных лопатках, причем шероховатость Ra как правило, должна составлять приблизительно (или менее чем) 0,2 мкм (это представляет собой преимущество, поскольку сложная трехмерная форма аэродинамической поверхности турбинных лопаток или лопастей усложняет отделку после нанесения покрытия).x) the surface of the coating in its "after deposition" condition should have a low roughness and, if necessary, be suitable for polishing for the required surface finish on the turbine blades, the roughness Ra being generally about (or less than) 0, 2 µm (this is an advantage because the complex three-dimensional shape of the airfoil of turbine blades or vanes makes it difficult to finish after coating).

[0051] Заявителем настоящего изобретения предпринято всестороннее экспериментирование, включая получение и анализ разнообразных покрытий, имеющих различные структуры и механические свойства, а также исследовано воздействие указанных структур и механических свойств на устойчивость покрытий к КУЭ, эрозии под действием твердых частиц, усталости и коррозии.[0051] The applicant of the present invention has undertaken extensive experimentation, including the preparation and analysis of various coatings having various structures and mechanical properties, and also investigated the effect of these structures and mechanical properties on the resistance of coatings to ACC, erosion by particulates, fatigue and corrosion.

[0052] Посредством всестороннего экспериментирования неожиданно было обнаружено, что оптимальная устойчивость к КУЭ может быть достигнута посредством применения покрытий с умеренной твердостью. Это противоречит общепринятому мнению, что для аналогичных материалов предполагаемая устойчивость к эрозии пропорциональна числу твердости по Виккерсу в степени 2 или 2,5.[0052] Through extensive experimentation, it has surprisingly been found that optimum ACC resistance can be achieved by using coatings of moderate hardness. This is contrary to the conventional wisdom that, for similar materials, the expected erosion resistance is proportional to the Vickers hardness number to the power of 2 or 2.5.

[0053] Возможно инициирование и развитие изломов в тех областях, где напряжения растяжения материала превышают максимальное пороговое напряжение растяжения. Для решения этой проблемы заявителем настоящего изобретения разработаны способы изготовления покровного материала в состоянии остаточного напряжения сжатия. Это может частично компенсировать распространяющиеся волны напряжения растяжения, вызываемые ударами капель воды и твердых частиц, и может, таким образом, уменьшать максимальное напряжение растяжения в волне, что, в свою очередь, может уменьшать риск инициирования и развития изломов. Кроме того, заявителем настоящего изобретения определено, что очень высокие остаточные напряжения сжатия в плоскости покрытия могут быть неблагоприятными для устойчивости к КУЭ, поскольку они могут производить напряжения растяжения в направлении, перпендикулярном по отношению к плоскости, вследствие эффекта Пуассона, т.е. явления, при котором материал проявляет тенденцию к расширению в направлениях, перпендикулярных по отношению к направлению сжатия. Вследствие эффекта Пуассона напряжения растяжения могут складываться с волнами напряжений в металле, которые производят удары имеющих высокую скорость капель воды, и фаза расширения волны напряжения в сумме с напряжением растяжения вследствие эффекта Пуассона может превышать предел текучести или даже предел прочности покровного материала, что приводит к деформации или разрушению покрытия.[0053] It is possible to initiate and develop fractures in those areas where the tensile stresses of the material exceed the maximum threshold tensile stress. In order to solve this problem, the present inventor has developed methods for manufacturing a cover material in a state of compressive residual stress. This may partially compensate for propagating tensile stress waves caused by impacts of water droplets and solid particles and may thus reduce the maximum tensile stress in the wave, which in turn may reduce the risk of fracture initiation and propagation. In addition, the present inventor has determined that very high residual compressive stresses in the plane of the coating can be detrimental to FCC resistance, since they can produce tensile stresses in the direction perpendicular to the plane due to the Poisson effect, i.e. a phenomenon in which a material tends to expand in directions perpendicular to the direction of compression. Due to the Poisson effect, tensile stresses can be combined with stress waves in the metal that produce impacts from high-velocity water droplets, and the expansion phase of the stress wave, combined with the tensile stress due to the Poisson effect, can exceed the yield strength or even the tensile strength of the coating material, resulting in deformation. or destruction of the coating.

[0054] Посредством моделирования и экспериментирования заявителем настоящего изобретения было определено, что для покрытия, предназначенного для применения в качестве защиты турбинной лопатки или лопасти от каплеударной эрозии, оптимальный диапазон остаточных напряжений сжатия в покрытии составляет от 520 МПа до 5,3 ГПа, необязательно от 810 МПа до 2,63 ГПа. Посредством всестороннего экспериментирования заявителем настоящего изобретения было обнаружено, что остаточное напряжение сжатия в оптимальном диапазоне может быть обеспечено за счет одного или нескольких из следующих технологических условий:[0054] Through modeling and experimentation, the Applicant of the present invention has determined that for a coating intended for use as a protection of a turbine blade or blade against drop impact erosion, the optimal range of residual compressive stresses in the coating is from 520 MPa to 5.3 GPa, optionally from 810 MPa to 2.63 GPa. Through extensive experimentation, the applicant of the present invention found that the residual compressive stress in the optimal range can be provided by one or more of the following process conditions:

i) поддержание температуры в процессе нанесения покрытия в диапазоне от 320°С до 580°С;i) maintaining the temperature during the coating process in the range from 320°C to 580°C;

ii) поддержание скорости нанесения покрытия в диапазоне от 3,5 до 82 мкм в час, необязательно от 4 до 18 мкм в час;ii) maintaining the coating rate in the range of 3.5 to 82 µm per hour, optionally 4 to 18 µm per hour;

iii) поддержание средней скорости охлаждения после нанесения покрытия в диапазоне от 0,12°С в минуту до 1,9°С в минуту;iii) maintaining an average cooling rate after coating in the range from 0.12°C per minute to 1.9°C per minute;

iv) полирование деталей турбины, необязательное осуществление других отделочных операций после нанесения покрытия для достижения поверхностной отделки с шероховатостью Ra, составляющей не более чем 0,2 мкм.iv) polishing the turbine parts, optionally performing other finishing operations after coating to achieve a surface finish with a roughness Ra of not more than 0.2 µm.

[0055] Разрушающие воздействия волн напряжений, которые вызваны ударами в процессе КУЭ, могут быть увеличены за счет присутствия в покрытии пор, структурных дефектов и механически непрочных включений, которые могут взаимодействовать с волнами напряжений и превращаться в концентраторы механических напряжений и точки инициирования микротрещин. Посредством анализа было обнаружено, что, в частности, оксиды вольфрама и оксифториды вольфрама могут образовывать в структуре покрытия механически непрочные включения и дефекты, которые могут становиться точками инициирования микротрещин. Кроме того, было обнаружено, что указанные нежелательные включения образуются вследствие реакций газообразных предшественников со следами кислорода и воды, а также, если в процессе принимают участие кислородсодержащие газообразные предшественники, такие как метанол, этанол, диметиловый эфир или другие газы, содержащие следы кислорода или воды, то в определенных условиях температуры и давления образуются нелетучие и механически непрочные оксиды и оксифториды вольфрама.[0055] The destructive effects of stress waves, which are caused by impacts during the AEC process, can be increased due to the presence of pores, structural defects and mechanically weak inclusions in the coating, which can interact with stress waves and turn into mechanical stress concentrators and microcrack initiation points. Through analysis, it was found that, in particular, tungsten oxides and tungsten oxyfluorides can form mechanically weak inclusions and defects in the coating structure, which can become microcrack initiation points. In addition, it has been found that these undesirable inclusions are formed due to the reactions of gaseous precursors with traces of oxygen and water, and also if oxygen-containing gaseous precursors such as methanol, ethanol, dimethyl ether or other gases containing traces of oxygen or water are involved in the process. , then under certain conditions of temperature and pressure, non-volatile and mechanically fragile oxides and oxyfluorides of tungsten are formed.

[0056] Металлический вольфрам может быть легирован углеродом в количестве, составляющем от 0,0001 до 0,37 мас. % по отношению к полной массе материала; необязательно в количестве, составляющем от 0,0001 до 0,21 мас. % по отношению к полной массе материала. Посредством всестороннего экспериментирования было обнаружено, что в определенных условиях легирование углеродом, присутствующим в повышенных концентрациях, может приводить к осаждению карбидов вольфрама или свободного углерода на границах зерен. Когда такие осадки присутствуют с достаточной плотностью, они могут уменьшать вязкость разрушения материала, а также предел прочности, сопротивление ползучести и другие механические свойства. Кроме того, было обнаружено, что содержание легирующего углерода, которое превышает приведенные выше пределы, может приводить к увеличению остаточных напряжений в материале, делая его склонным к когезионному разрушению в условиях КУЭ.[0056] Metallic tungsten can be alloyed with carbon in an amount ranging from 0.0001 to 0.37 wt. % relative to the total weight of the material; optionally in an amount ranging from 0.0001 to 0.21 wt. % relative to the total weight of the material. Through extensive experimentation, it has been found that, under certain conditions, alloying with carbon present in elevated concentrations can lead to precipitation of tungsten carbides or free carbon at grain boundaries. When such precipitates are present in sufficient density, they can reduce the fracture toughness of the material, as well as the tensile strength, creep resistance, and other mechanical properties. In addition, it has been found that the content of dopant carbon, which exceeds the above limits, can lead to an increase in residual stresses in the material, making it prone to cohesive failure under FEC conditions.

[0057] Материал может состоять в основном из легированного углеродом металлического вольфрама, необязательно дополнительно легированного фтором. Другими словами, объемный материал (не включая какой-либо поверхностный оксидный слой, который может присутствовать вследствие воздействия воздуха и/или влаги), может не содержать компоненты, за исключением следовых примесей, которые не представляют собой легированный углеродом вольфрам, необязательно дополнительно легированный фтором.[0057] The material may consist primarily of carbon-doped metallic tungsten, optionally additionally doped with fluorine. In other words, the bulk material (not including any surface oxide layer that may be present due to exposure to air and/or moisture) may be free of components except for trace impurities that are not carbon-doped tungsten, optionally further doped with fluorine.

[0058] Легированный углеродом металлический вольфрам может быть дополнительно легирован фтором в количестве, составляющем от 0,0004 до 0,31 мас. % по отношению к полной массе материала; необязательно в количестве, составляющем от 0,0014 до 0,19 мас. % по отношению к полной массе материала. Посредством всестороннего экспериментирования было обнаружено, что легирующий фтор, который присутствует в более высоких концентрациях, может неблагоприятно воздействовать на адгезионные и защитные свойства покрытия, в частности, в случае лопаток паровых и газовых турбин, которые эксплуатируют в присутствии воды и кислорода в течение продолжительных периодов времени.[0058] The carbon-doped tungsten metal can be further alloyed with fluorine in an amount of 0.0004 to 0.31 wt. % relative to the total weight of the material; optionally in an amount ranging from 0.0014 to 0.19 wt. % relative to the total weight of the material. Through extensive experimentation, it has been found that dopant fluorine, which is present at higher concentrations, can adversely affect the adhesive and protective properties of the coating, in particular in the case of steam and gas turbine blades that are operated in the presence of water and oxygen for extended periods of time. .

[0059] В материале могут практически отсутствовать оксифториды.[0059] The material may be substantially free of oxyfluorides.

[0060] Материал может отличаться тем, что он не проявляет характеристические пики включений, имеющих кристаллическую структуру А15, таких как карбиды вольфрама, при исследовании посредством рентгеновского дифракционного анализа.[0060] The material may be characterized in that it does not exhibit characteristic peaks of inclusions having an A15 crystal structure, such as tungsten carbides, when examined by X-ray diffraction analysis.

[0061] Существуют особые и неожиданные технические преимущества, получаемые за счет матрицы из металлического вольфрама с диспергированными наночастицами карбида вольфрама, которые имеют достаточно малые размеры, чтобы оставаться незаметными при исследовании посредством рентгеновского дифракционного анализа.[0061] There are particular and unexpected technical advantages to be gained from a tungsten metal matrix with dispersed tungsten carbide nanoparticles that are small enough to be invisible when examined by x-ray diffraction analysis.

[0062] Уникальный аспект нанотехнологии представляет собой гигантское увеличение соотношения площади поверхности и объема, которое присутствует во многих наноматериалах, что открывает новые возможности в научных исследованиях поверхности, таких как катализ. Некоторые физические явления становятся заметно выраженными по мере уменьшения размера системы. Эти явления включают статистические механические эффекты, а также квантовомеханические эффекты, например, «квантовый эффект размера», где электронные свойства твердых веществ изменяются при значительном уменьшении размеров частиц. Этот эффект не проявляется при переходе от макроразмеров до микроразмеров. Однако он становится преобладающим при достижении размеров в нанометровом диапазоне. Кроме того, некоторые физические свойства изменяются по сравнению с макроскопическими системами. Один пример представляет собой увеличение соотношения площади поверхности и объема материалов.[0062] A unique aspect of nanotechnology is the gigantic increase in surface area to volume ratio that is present in many nanomaterials, which opens up new possibilities in surface science such as catalysis. Some physical phenomena become noticeably pronounced as the size of the system decreases. These phenomena include statistical mechanical effects as well as quantum mechanical effects such as the "quantum size effect" where the electronic properties of solids change when the particle size is greatly reduced. This effect does not manifest itself in the transition from macrosize to microsize. However, it becomes predominant when reaching sizes in the nanometer range. In addition, some physical properties change compared to macroscopic systems. One example is an increase in the surface area to volume ratio of materials.

[0063] В соответствии с формулой Шеррера, ширина дифракционных линий на рентгеновской дифрактограмме увеличивается при уменьшении размера твердых кристаллитов. Как правило, кристаллиты, имеющие размер менее чем приблизительно 10 нм и диспергированные в материале матрицы, не проявляют четко определенные линии на рентгеновской дифрактограмме. Тот факт, что частицы карбида вольфрама, образующие легированный углеродом вольфрамовый материал согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, не могут быть обнаружены посредством рентгеновской дифракции, как представлено на фиг. 1 (но в определенных случаях могут быть обнаружены посредством электронной микроскопии высокого разрешения), подтверждает, что осадки частиц карбида вольфрама действительно имеют размеры в нанометровом диапазоне. Рентгеновская дифрактограмма полученного посредством ХОГФ частично карбидизированного вольфрамового покрытия согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения представляет все типичные линии металлического вольфрама, но на дифрактограмме образца не присутствует ни одна из характеристических линий различных карбидов вольфрама WC, WC1-x, W2C, W3C. Неожиданные наблюдаемые в результате квантовомеханические эффекты представляют собой сочетание твердости с ударной вязкостью и ударопрочностью (низкой хрупкостью) материала. Наиболее твердые материалы являются хрупкими, но в материале согласно вариантам осуществления настоящего изобретения сочетаются твердость и ударная вязкость таким образом, что это имеет существенное и неожиданное практическое значение.[0063] In accordance with the Scherrer formula, the width of the diffraction lines in the x-ray diffraction pattern increases with a decrease in the size of solid crystallites. Typically, crystallites having a size of less than about 10 nm and dispersed in the matrix material do not show well-defined lines in the x-ray diffraction pattern. The fact that the tungsten carbide particles forming the carbon-doped tungsten material according to the embodiments of the present invention cannot be detected by X-ray diffraction as shown in FIG. 1 (but in certain cases can be detected by high resolution electron microscopy) confirms that the deposits of tungsten carbide particles do indeed have sizes in the nanometer range. The X-ray diffraction pattern of a CVD partially carbidized tungsten coating according to certain embodiments of the present invention shows all typical lines of metallic tungsten, but none of the characteristic lines of various tungsten carbides WC, WC 1-x , W 2 C, W 3 C are present in the diffraction pattern of the sample The unexpected resulting quantum mechanical effects are the combination of hardness with toughness and impact resistance (low brittleness) of the material. Most hard materials are brittle, but the material of the embodiments of the present invention combines hardness and toughness in a way that has significant and unexpected practical implications.

[0064] Согласно некоторым вариантам осуществления материал представляет собой или содержит единственную кристаллографическую фазу металлического вольфрама с диспергированными наночастицами карбида вольфрама.[0064] In some embodiments, the material is or contains a single crystallographic phase of tungsten metal with dispersed tungsten carbide nanoparticles.

[0065] Наночастицы карбида вольфрама могут иметь средний размер частиц, составляющий не более чем 100 нм; необязательно не более чем 50 нм; необязательно не более чем 10 нм.[0065] The tungsten carbide nanoparticles may have an average particle size of not more than 100 nm; optionally no more than 50 nm; optionally no more than 10 nm.

[0066] В отличие от материала, описанного в документах US 4427445 и US 4741975, материал согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, который получают с применением различных газообразных предшественников, в частности, бескислородных предшественников, имеет иной состав (имеет значительно меньшее содержание углерода, составляющее от 0,0001 до 0,37 мас. %, по сравнению с содержанием от 2,12 до 6,12% углерода в документе US 4427445; практически не содержит кислорода по сравнению со структурой А15, содержащей оксиды и оксифториды вольфрама), содержит различные фазы карбидов вольфрама, имеет иную структуру (наноструктуру в отличие от микроструктуры/макроструктуры), меньшие остаточные напряжения и иные механические свойства (такие как, в частности, твердость и ударная вязкость/хрупкость).[0066] Unlike the material described in US Pat. 0.0001 to 0.37 wt%, compared to 2.12 to 6.12% carbon in US 4,427,445; virtually free of oxygen compared to structure A15 containing tungsten oxides and oxyfluorides), contains various phases tungsten carbides, has a different structure (nanostructure as opposed to microstructure/macrostructure), lower residual stresses and other mechanical properties (such as, in particular, hardness and toughness/brittleness).

[0067] Наноструктура согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть подтверждена соответствующими рентгеновскими дифрактограммами, которые содержат только линии или характеристические пики вольфрама, как представлено на фиг. 1. Наноструктурированные материалы согласно настоящему изобретению имеют улучшенную вязкость, улучшенную ударная вязкость в сочетании с достаточной твердостью, а также значительно улучшенную устойчивость к КУЭ и эрозии под действием твердых частиц. Материал легирован углеродом для достижения повышенной твердости и не требует дополнительной термической обработки. Присутствие карбидов вольфрама в форме микрочастиц или макрочастиц, содержащих карбиды со структурой А15, не является желательным, поскольку указанные карбиды имеют высокие напряжения и могут выступать в качестве точек инициирования микротрещин.[0067] The nanostructure according to embodiments of the present invention can be confirmed by corresponding X-ray diffraction patterns that contain only lines or characteristic peaks of tungsten, as shown in FIG. 1. The nanostructured materials of the present invention have improved toughness, improved toughness combined with sufficient hardness, and greatly improved resistance to ACC and particulate erosion. The material is alloyed with carbon to achieve increased hardness and does not require additional heat treatment. The presence of tungsten carbides in the form of microparticles or macroparticles containing carbides with the A15 structure is not desirable because these carbides have high stresses and can act as microcrack initiation points.

[0068] Материал может быть практически непористым. Согласно некоторым вариантам осуществления материал имеет пористость, составляющую менее чем 0,5 об. %, необязательно менее чем 0,3 об. %, необязательно менее чем 0,2 об. %, необязательно менее чем 0,15 об. %.[0068] The material may be substantially non-porous. In some embodiments, the material has a porosity of less than 0.5 vol. %, optionally less than 0.3 vol. %, optionally less than 0.2 vol. %, optionally less than 0.15 vol. %.

[0069] Поры в покрытии могут выступать в качестве концентраторов механических напряжений и точек инициирования микротрещин. Удары имеющих высокую скорость капель по поверхностным и приповерхностным порам могут деформировать и расширять поры посредством гидравлического проникновения и боковых струй воды, приводя к туннелированию и вспучиванию металла. Считают, что указанные процессы вносят значительный вклад в каплеударную эрозию и, таким образом, являются желательными для уменьшения или сокращения до минимума пористости.[0069] The pores in the coating can act as stress concentrators and microcrack initiation points. High-velocity droplet impacts on surface and near-surface pores can deform and expand the pores through hydraulic penetration and lateral water jets, resulting in tunneling and bulging of the metal. These processes are believed to contribute significantly to drop impact erosion and thus are desirable for reducing or minimizing porosity.

[0070] В составе материала может присутствовать от 97,60 до 99,99 мас. % вольфрама.[0070] The composition of the material may be present from 97.60 to 99.99 wt. % tungsten.

[0071] Материал может иметь твердость, составляющую от 4,4 ГПа до 19 ГПа, необязательно от 8 ГПа до 16 ГПа. Было обнаружено, что материалы, которые являются чрезмерно твердыми, могут претерпевать режим хрупкого разрушения или растрескивания, когда на них воздействуют с высокой частотой удары имеющих высокую скорость капель воды.[0071] The material may have a hardness of 4.4 GPa to 19 GPa, optionally 8 GPa to 16 GPa. It has been found that materials that are excessively hard can undergo a brittle fracture or cracking mode when impacted at high frequency by high velocity water droplets.

[0072] Материал может иметь вязкость разрушения, составляющую по меньшей мере 9 МПа⋅м1/2. Это может способствовать обеспечению более высокой устойчивости к воздействию с высокой частотой ударов имеющих высокую скорость капель.[0072] The material may have a fracture toughness of at least 9 MPa⋅m 1/2 . This may help to provide higher resistance to impact with high frequency of impacts with high speed droplets.

[0073] Материал имеет столбчатую или практически столбчатую кристаллическую микроструктуру. В этом заключается отличие от материалов, которые получены способами термического распыления и проявляют тенденцию к наличию пластинчатых или «доскообразных» микроструктур.[0073] The material has a columnar or almost columnar crystalline microstructure. This is in contrast to materials that are produced by thermal spray processes and tend to have lamellar or "board-like" microstructures.

[0074] В материале предпочтительно практически отсутствуют поры, пустоты и/или включения, которые действуют в качестве концентраторов механических напряжений.[0074] Preferably, the material is substantially free of pores, voids and/or inclusions that act as stress concentrators.

[0075] Согласно третьему аспекту предложено химическое осаждение из газовой фазы нанесенного на подложку из материала согласно первому или второму аспектов.[0075] According to a third aspect, chemical vapor deposition of a material deposited on a substrate according to the first or second aspects is provided.

[0076] Материал покрытия на подложке может иметь остаточное напряжение сжатия, составляющее от 520 МПа до 5,3 ГПа, необязательно от 810 МПа до 2,63 ГПа. Остаточные напряжения сжатия могут способствовать улучшению усталостной устойчивости к воздействию с высокой частотой ударов капель воды, а также способствовать предотвращению растрескивания покрытия. Следует отметить, что покрытия, наносимые способами термического распыления, проявляют тенденцию к наличию остаточных напряжений растяжения, а не напряжений сжатия.[0076] The coating material on the substrate may have a residual compressive stress of 520 MPa to 5.3 GPa, optionally 810 MPa to 2.63 GPa. Residual compressive stresses can help to improve fatigue resistance to high frequency water drop impacts, as well as help prevent cracking of the coating. It should be noted that thermal spray coatings tend to have residual tensile stresses rather than compressive stresses.

[0077] Покрытие может иметь толщину, составляющую по меньшей мере 15 мкм, необязательно по меньшей мере 50 мкм. Покрытие может иметь толщину, составляющую не более чем 200 мкм, необязательно не более чем 100 мкм.[0077] The coating may have a thickness of at least 15 microns, optionally at least 50 microns. The coating may have a thickness of not more than 200 µm, optionally not more than 100 µm.

[0078] Для покрытия подложке волны напряжений, которые образуются в результате ударов по поверхности покрытия, будут по меньшей мере частично отражаться от границы между покрытием и подложкой. Должны быть приняты такие меры, чтобы усиливающая интерференция между падающими и отраженными волнами напряжений не превышала предел прочности покрытия, что может вызывать разрушение. Более толстые покрытия могут рассеивать волны напряжений лучше, чем покрытия меньшей толщины. Один фактор заключается в том, что плотность энергии сферической волны напряжений уменьшается пропорционально квадрату расстояния, и, таким образом, плотность энергии волны напряжений, достигающей границы между покрытием и подложкой, уменьшается пропорционально квадрату толщины покрытия. Однако покрытия, которые являются чрезмерно толстыми, могут искажать тщательно спроектированную форму и профиль турбинной лопатки. Кроме того, необходимо помнить, что нанесение покрытия на турбинную лопатку будет увеличивать массу турбинной лопатки. Было бы нежелательным нанесение покрытия такой толщины, при которой увеличение массы означало бы необходимость изменения первоначальной конструкции лопатки и повторного исследования.[0078] For coating a substrate, the stress waves that result from impacts on the surface of the coating will be at least partially reflected from the boundary between the coating and the substrate. Measures shall be taken to ensure that the amplifying interference between the incident and reflected stress waves does not exceed the tensile strength of the coating, which may cause failure. Thicker coatings can dissipate stress waves better than thinner coatings. One factor is that the energy density of a spherical stress wave decreases with the square of the distance, and thus the energy density of a stress wave reaching the interface between the coating and the substrate decreases with the square of the coating thickness. However, coatings that are excessively thick can distort the carefully designed shape and profile of the turbine blade. In addition, it must be remembered that coating the turbine blade will increase the mass of the turbine blade. It would be undesirable to apply a coating of such a thickness at which an increase in mass would mean the need to change the original design of the blade and re-examine.

[0079] Покрытие может иметь поверхностную шероховатость Ra, составляющую менее чем 1 мкм. Согласно некоторым вариантам осуществления покрытие, нанесенное на гладкую поверхность подложки, имеет поверхностную шероховатость Ra менее чем 1 мкм в своем состоянии после осаждения (без необходимости какого-либо последующего полирования). Однако необходимо понимать, что это конформное покрытие, образованное на поверхности подложки, уже имеющей некоторую степень поверхностной шероховатости, как правило, также будет иметь поверхностную шероховатость вследствие поверхностной шероховатости нижележащей поверхности. Соответственно, согласно некоторым вариантам осуществления покрытие наносят таким образом, чтобы его поверхностная шероховатость Ra превышала не более чем на 1 мкм поверхностную шероховатость нижележащей поверхности подложки.[0079] The coating may have a surface roughness Ra of less than 1 µm. In some embodiments, a coating deposited on a smooth substrate surface has a surface roughness Ra of less than 1 µm in its post-deposition state (without the need for any subsequent polishing). However, it should be understood that this conformal coating formed on the surface of a substrate already having some degree of surface roughness will typically also have a surface roughness due to the surface roughness of the underlying surface. Accordingly, in some embodiments, the coating is applied such that its surface roughness Ra is not more than 1 µm greater than the surface roughness of the underlying surface of the substrate.

[0080] Согласно некоторым вариантам осуществления, когда покрытие вводят в контакт при износе/скольжении или вращении с подшипником или уплотнением, поверхностная отделка покрытия становится полированной и улучшается с течением времени. Этот признак нечасто присутствует во многих других покровных материалах, таких как нанесенные распылением ВСКТГ покрытия, состоящие из твердых зерен WC в мягком металле Со, CoCr или металлической матрице Ni: мягкая металлическая матрица подвергается селективному износу или коррозии, оставляя выступающие из нее твердые и острые зерна WC, которые увеличивают поверхностную шероховатость и делают полученную посредством ВСКТГ поверхность аналогичной наждачной бумаге, что приводит к высокой степени истирания материалов уплотнений и других соприкасающихся предметов.[0080] In some embodiments, when the coating is brought into wear/sliding or rotational contact with a bearing or seal, the surface finish of the coating becomes polished and improves over time. This feature is not often present in many other coating materials, such as HCTG spray coatings consisting of hard WC grains in a soft Co, CoCr or Ni metal matrix: the soft metal matrix undergoes selective wear or corrosion, leaving hard and sharp grains protruding from it. WC, which increase the surface roughness and make the surface obtained by means of VKTG similar to sandpaper, which leads to a high degree of abrasion of seal materials and other objects in contact.

[0081] Эта полируемость покрытия согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть обусловлена однородной структурой и механическими свойствами покрытия, отсутствием осадков на границах зерен, а также очень малым масштабом/мелким размером наночастиц карбида вольфрама, как правило, получаемых в форме так называемых когерентных осадков, которые имеют кристаллическую решетку осадка, совместимую с решеткой матрицы. В результате этого покрытие подвергается износу равномерно, не оставляя более твердые «островки» или выступы шероховатости поверхности, которые выступают из поверхности и могут приводить к нежелательному истиранию противоположных поверхностей и/или могут увеличивать аэродинамическое сопротивление движущихся турбинных лопаток. Считают, что низкая шероховатость и отсутствие выступов шероховатости поверхности также представляют собой важные факторы в обеспечении устойчивости к КУЭ. Это объясняется тем, что высокоскоростная боковая струя воды может представлять собой существенный механизм КУЭ, и такая струя может производить разрывающее воздействие на выступы шероховатости поверхности и высокосдвиговые напряжения, что приводит к потере материала.[0081] This polishability of the coating according to embodiments of the present invention may be due to the uniform structure and mechanical properties of the coating, the absence of deposits at the grain boundaries, as well as the very small scale/fine size of tungsten carbide nanoparticles, usually obtained in the form of so-called coherent deposits, which have a precipitate crystal lattice compatible with the matrix lattice. As a result, the coating wears evenly without leaving harder "islands" or surface roughness protrusions that protrude from the surface and may lead to unwanted abrasion of opposing surfaces and/or may increase the aerodynamic drag of moving turbine blades. It is believed that low roughness and the absence of surface roughness ridges are also important factors in providing resistance to ACC. This is because a high-velocity side water jet can be an essential mechanism for AEC, and such a jet can produce a tearing effect on surface roughness peaks and high shear stresses, resulting in material loss.

[0082] Получение практически однородного покрытия с низкой шероховатостью/гладкой поверхностью уменьшает потребность в шлифовке, притирке, прикатке, полировке и других отделочных операциях после нанесения покрытия, а также допускает нанесение покрытия на детали, имеющие сложные формы, полировка которых была бы весьма затруднительной или невозможной, если бы покрытие было шероховатым.[0082] Obtaining a substantially uniform coating with a low roughness/smooth surface reduces the need for grinding, lapping, rolling, polishing and other finishing operations after coating, and also allows the coating of parts having complex shapes, polishing of which would be very difficult or impossible if the coating were rough.

[0083] Способность определенных покрытий согласно настоящему изобретению сохранять хорошую отделку или даже становиться более гладкими и более полированными в процессе эксплуатации означает, что покрытие остается неабразивным в отношении уплотнений, подшипников и других соприкасающихся предметов, которые находятся в скользящем или ротационном контакте с покрытой деталью. Это может означать уменьшение износа уплотнений и сокращение протекания гидравлических приводов, в результате чего требуется меньшее обслуживание, и может увеличиваться срок службы.[0083] The ability of certain coatings of the present invention to retain a good finish or even become smoother and more polished during service means that the coating remains non-abrasive to seals, bearings, and other mating objects that are in sliding or rotational contact with the coated part. This can mean less wear on seals and less leakage in hydraulic actuators, resulting in less maintenance and can increase service life.

[0084] Соответственно, помимо нанесения на турбинные лопатки или лопасти, покрытия согласно настоящему изобретению могут находить применение в качестве покрытий на вращающихся и/или совершающих возвратно-поступательные движения валах и поршнях, таких как гидравлические поршни и цилиндры, валы коробки передач, валы насосов и другие компоненты, которые движутся в контакте с уплотнениями или подшипниками и имеют покрытие, нанесенное в областях контакта с движущимися уплотнениями или подшипниками, где покрытие полируется после нанесения.[0084] Accordingly, in addition to being applied to turbine blades or vanes, the coatings of the present invention may find use as coatings on rotating and/or reciprocating shafts and pistons, such as hydraulic pistons and cylinders, transmission shafts, pump shafts. and other components that move in contact with seals or bearings and have a coating applied in areas of contact with moving seals or bearings where the coating is polished after application.

[0085] Является общеизвестным, что механические процессы, происходящие при кавитационной эрозии, не отличаются от процессов, происходящих при каплеударной эрозии, и что от материалов, которые проявляют хорошую устойчивость к КУЭ, ожидают также хорошую устойчивость к кавитации. Соответственно, помимо нанесения на турбинные лопатки или лопасти, покрытия согласно настоящему изобретению могут находить применение в качестве покрытий на компонентах насосов, клапанов и других устройств, на которые воздействует кавитация текучей среды, и в результате этого увеличивается срок службы, и улучшаются эксплуатационные характеристики.[0085] It is well known that the mechanical processes occurring in cavitation erosion are not different from those occurring in drop impact erosion, and that materials that exhibit good resistance to CAE are also expected to have good resistance to cavitation. Accordingly, in addition to being applied to turbine blades or blades, the coatings of the present invention may find use as coatings on components of pumps, valves, and other devices that are exposed to fluid cavitation, and as a result, service life is increased and performance is improved.

[0086] Покрытие может содержать по меньшей мере более мягкий покровный слой, расположенный ближе к подложке и состоящий в основном из металлического вольфрама, необязательно легированного фтором, и более твердый покровный слой, содержащий материал согласно первому аспекту.[0086] The coating may comprise at least a softer coating layer located closer to the substrate and consisting mainly of tungsten metal, optionally doped with fluorine, and a harder coating layer containing the material according to the first aspect.

[0087] Металлический вольфрам более мягкого слоя может быть легирован фтором в количестве, составляющем от 0,0004 до 0,31 мас. % по отношению к полной массе более мягкого слоя; необязательно в количестве, составляющем от 0,0014 до 0,19% по отношению к полной массе более мягкого слоя.[0087] The softer layer tungsten metal can be doped with fluorine in an amount of 0.0004 to 0.31 wt. % relative to the total weight of the softer layer; optionally in an amount of 0.0014 to 0.19% based on the total weight of the softer layer.

[0088] Покрытие может дополнительно содержать переходный слой между более мягким слоем и более твердым слоем. Концентрация углерода в переходном слое может увеличиваться в направлении от более мягкого слоя к более твердому слою. Переходный слой может иметь толщину, составляющую по меньшей мере 0,01 мкм, необязательно по меньшей мере 0,1 мкм. Соотношение толщины более мягкого слоя и толщины более твердого слоя может составлять от 1:10 до 10:1. Полная толщина более мягких и более твердых слоев и необязательно переходного слоя может составлять от 1 до 50 мкм, необязательно от 1 до 100 мкм, необязательно от 1 до 200 мкм.[0088] The coating may further comprise a transition layer between the softer layer and the harder layer. The carbon concentration in the transition layer may increase from the softer layer to the harder layer. The transition layer may have a thickness of at least 0.01 µm, optionally at least 0.1 µm. The ratio of the thickness of the softer layer to the thickness of the harder layer can be from 1:10 to 10:1. The total thickness of the softer and harder layers and optionally the transition layer may be from 1 to 50 microns, optionally from 1 to 100 microns, optionally from 1 to 200 microns.

[0089] Согласно некоторым вариантам осуществления может быть образовано множество пар более мягких и более твердых слоев, в результате чего образуется многослойная структура чередующихся слоев. Согласно некоторым вариантам осуществления могут присутствовать от 2 до 100 пар более мягких и более твердых слоев. Согласно некоторым вариантам осуществления многослойная структура может содержать более мягкий слой, переходный слой, более твердый слой, переходный слой, более мягкий слой, переходный слой, более твердый слой и т.д. В каждом из переходных слоев концентрация углерода, например, в форме наночастиц карбида вольфрама, может увеличиваться по толщине переходного слоя в направлении от более мягкого слоя к более твердому слою. Образованию таких переходных слоев может способствовать регулирование потока газообразных предшественников и давления в течение процесса ХОГФ, и при этом может оказаться благоприятной возможность уменьшения напряжений между слоями.[0089] According to some embodiments, multiple pairs of softer and harder layers can be formed, resulting in a multilayer structure of alternating layers. In some embodiments, 2 to 100 pairs of softer and harder layers may be present. In some embodiments, the multilayer structure may comprise a softer layer, a transition layer, a harder layer, a transition layer, a softer layer, a transition layer, a harder layer, and so on. In each of the transition layers, the concentration of carbon, for example in the form of tungsten carbide nanoparticles, can increase through the thickness of the transition layer in the direction from the softer layer to the harder layer. The formation of such transition layers can be facilitated by controlling the flow of gaseous precursors and pressure during the CVD process, and it can be beneficial to reduce the stresses between the layers.

[0090] Обеспечение переходного слоя с градиентом концентрация углерода между более мягкими и более твердыми слоями может способствовать уменьшению остаточных напряжений и предотвращению резких термических и механических несоответствий на границах слоев, а также препятствовать распространению трещин.[0090] Providing a transition layer with a carbon concentration gradient between softer and harder layers can help reduce residual stresses and prevent sharp thermal and mechanical mismatches at layer boundaries, as well as hinder crack propagation.

[0091] Подложка может представлять собой турбинную или компрессорную лопатку или лопасть. Варианты осуществления настоящего изобретения являются особенно приспособленными к применениям, где лопатка или лопасть представляет собой лопатку или лопасть паровой турбины или парового компрессора, поскольку на указанные лопатки или лопасти воздействуют с высокой частотой удары имеющих высокую скорость капель воды в течение эксплуатации, и требуется устойчивость к КУЭ.[0091] The substrate may be a turbine or compressor blade or vane. Embodiments of the present invention are particularly suited to applications where the blade or vane is a steam turbine or steam compressor blade or vane because said blades or vanes are impacted at high frequency by high velocity water droplets during operation and resistance to FEC is required. .

[0092] Согласно четвертому аспекту предложена турбинная или компрессорная лопатка или лопасть, по меньшей мере частично покрытая материалом согласно первому или второму аспекту.[0092] A fourth aspect provides a turbine or compressor blade or vane at least partially coated with a material according to the first or second aspect.

[0093] Согласно пятому аспекту предложены крыльчатка насоса, пропеллер, клапан или другие компоненты, которые подвергаются кавитации в жидкости и по меньшей мере частично покрыты материалом согласно первому или второму аспекту.[0093] According to a fifth aspect, a pump impeller, propeller, valve, or other components is provided that is cavitated in a liquid and is at least partially coated with a material according to the first or second aspect.

[0094] Согласно шестому аспекту предложен способ придания турбинной или компрессорной лопатке или лопасти устойчивости к каплеударной эрозии, причем способ включает по меньшей мере частичное покрытие лопатки или лопасти материалом согласно первому, второму или третьему аспекту посредством химического осаждения из газовой фазы.[0094] According to a sixth aspect, a method is provided for rendering a turbine or compressor blade or vane resistant to drop impact erosion, the method comprising at least partially coating the blade or vane with a material according to the first, second, or third aspect via chemical vapor deposition.

[0095] Согласно седьмому аспекту предложен способ придания крыльчатке насоса, пропеллеру, клапану или другому компоненту устойчивости к кавитации, причем способ включает по меньшей мере частичное покрытие компонента материалом согласно первому, второму или третьему аспекту.[0095] According to a seventh aspect, a method is provided for rendering a pump impeller, propeller, valve, or other component cavitation resistant, the method comprising at least partially coating the component with a material according to the first, second, or third aspect.

[0096] Согласно восьмому аспекту предложен способ изготовления материала согласно первому или второму аспекту посредством химического осаждения из газовой фазы с применением газовой фазы, содержащей в смеси WF6, водород, по меньшей мере один углеводород и необязательно инертный газ, причем газовая фаза имеет содержание кислорода, составляющее не более чем 10 ч./млн., и содержание воды, составляющее не более чем 3 ч./млн. Преимущественно поверхность детали, которую покрывает материал согласно первому аспекту, также обрабатывают или видоизменяют таким образом, чтобы практически отсутствовали кислород и водяной пар, как внутри любой реакционной камеры, используемой в данном способе.[0096] According to an eighth aspect, there is provided a method for manufacturing a material according to the first or second aspect by chemical vapor deposition using a gas phase containing, in a mixture of WF 6 , hydrogen, at least one hydrocarbon, and optionally an inert gas, the gas phase having an oxygen content , which is not more than 10 hours/million, and the water content, which is not more than 3 hours/million. Preferably, the surface of the part covered by the material according to the first aspect is also treated or modified in such a way that oxygen and water vapor are practically absent, as is inside any reaction chamber used in this method.

[0097] Заявителем настоящего изобретения определено, что присутствие оксидов и оксифторидов вольфрама может производить неблагоприятное воздействие на механические свойства материалов и покрытий, получаемых посредством ХОГФ в реакционной камере для ХОГФ. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, в которых используют алканы (например, метан, этан, пропан) в качестве углеродсодержащих предшественников, они не содержат кислорода. Кроме того, могут быть предприняты меры для предотвращения или уменьшения образования оксидов и оксифторидов вольфрама. Указанные меры могут включать одну или несколько из следующих мер:[0097] The Applicant of the present invention has determined that the presence of tungsten oxides and oxyfluorides can adversely affect the mechanical properties of materials and coatings produced by CVD in a CVD reaction chamber. In embodiments of the present invention that use alkanes (eg, methane, ethane, propane) as carbonaceous precursors, they do not contain oxygen. In addition, steps can be taken to prevent or reduce the formation of tungsten oxides and oxyfluorides. These measures may include one or more of the following measures:

i) Изготовление вакуумонепроницаемой реакционной камеры для ХОГФ и ее газовой системы таким образом, чтобы предотвращать любую утечку воздуха в камеру или газовую систему; это может быть достигнуто посредством применения вакуумонепроницаемой конструкции системы и компонентов и посредством исследования вакуумонепроницаемости фланцев и уплотнений камеры и других компонентов с помощью гелиевого течеискателя после каждого открытия реактора. Предел утечки гелия может быть установлен, например, на уровне 1×10-9 мбар⋅л/с. Если этот предел превышен, то реактор открывают, фланцы и уплотнения очищают, реактор закрывают, и осуществляют другое исследование утечки гелия таким образом, чтобы обеспечить соблюдение данного предела.i) Making the CVD reaction chamber and its gas system vacuum-tight so as to prevent any leakage of air into the chamber or gas system; this can be achieved by applying a vacuum-tight design of the system and components and by examining the vacuum-tightness of the flanges and seals of the chamber and other components with a helium leak detector after each opening of the reactor. The helium leakage limit can be set, for example, at 1×10 -9 mbar⋅l/s. If this limit is exceeded, then the reactor is opened, the flanges and seals are cleaned, the reactor is closed, and another study of helium leakage is carried out in such a way as to ensure that this limit is observed.

ii) Продувка и дегазация реакционной камеры для ХОГФ и загруженных компонентов перед процессом покрытия для удаления адсорбированных воды и кислорода, например, посредством нагревания камеры и загруженных компонентов в вакууме и необязательного осуществления ряда циклов заполнения реакционной камеры инертным газом до заданного парциального давления перед вакуумированием камеры до заданного остаточного давления в целях удаления следов адсорбированных кислорода и/или воды с поверхностей камеры и загруженных компонентов. Заявителем настоящего изобретения было обнаружено, что большие реакторы для ХОГФ, которые могут иметь внутри вакуумной камеры внутренние поверхности из нержавеющей стали, площадь которых составляет более чем 10 м2, адсорбируют значительное количество водяного пара когда камеру открывают для загрузки компонентов перед процессом ХОГФ. Было обнаружено, что такая конденсация воды воздействует, в частности, на охлаждаемые водой области реакционной камеры, такие как охлаждаемая область вакуумного уплотнения. Кроме того, было обнаружено, что поверхности из нержавеющей стали могут адсорбировать кислород. Заявителем настоящего изобретения неожиданно обнаружено, что дегазация вакуумной камеры перед каждым циклом ХОГФ и применение имеющих повышенную чистоту газов (в частности, водорода в качестве газообразного восстановителя и газообразного алкана) будут приводить к практически бескислородному покрытию, имеющему значительно улучшенные механические свойства.ii) Purging and degassing the CVD reaction chamber and loaded components prior to the coating process to remove adsorbed water and oxygen, for example by heating the chamber and loaded components under vacuum and optionally performing a series of cycles of filling the reaction chamber with an inert gas to a predetermined partial pressure before evacuating the chamber to a predetermined residual pressure in order to remove traces of adsorbed oxygen and/or water from the surfaces of the chamber and loaded components. The Applicant of the present invention has found that large CVD reactors, which may have stainless steel inner surfaces greater than 10 m2 inside the vacuum chamber, adsorb a significant amount of water vapor when the chamber is opened to load components prior to the CVD process. It has been found that such condensation of water affects in particular the water-cooled regions of the reaction chamber, such as the cooled region of the vacuum seal. In addition, it has been found that stainless steel surfaces can adsorb oxygen. The Applicant of the present invention has surprisingly found that degassing the vacuum chamber prior to each CVD cycle and using gases of increased purity (particularly hydrogen as the reductant gas and alkane gas) will result in a substantially oxygen-free coating having significantly improved mechanical properties.

iii) Применение газообразных предшественников и технологических газов, в которых практически отсутствуют кислород и вода, например, для получения реакционноспособной газовой смеси, имеющей содержание кислорода не более чем 10 ч./млн. и содержание воды не более чем 3 ч./млн. Было обнаружено, что чистота газообразных предшественников и технологических газов является особенно важной, когда газообразный водород используют в процессах нанесения покрытия, поскольку водород промышленного качества обычно производят посредством электролиза, и в результате этого он содержит значительные количества водяного пара и часто следы кислорода.iii) The use of gaseous precursors and process gases which are substantially free of oxygen and water, for example, to obtain a reactive gas mixture having an oxygen content of not more than 10 ppm. and a water content of not more than 3 ppm. It has been found that the purity of the precursor and process gases is particularly important when hydrogen gas is used in coating processes because commercial grade hydrogen is usually produced by electrolysis and as a result contains significant amounts of water vapor and often traces of oxygen.

iv) Обратное заполнение реакционной камеры для ХОГФ инертным газом, практически не содержащим кислорода и воды, после завершения процесса покрытия, когда покрытый материал выдерживают для охлаждения.iv) Backfilling the CVD reaction chamber with an inert gas substantially free of oxygen and water after the completion of the coating process, when the coated material is allowed to cool.

v) Выдерживание покрытых деталей для охлаждения до температуры, составляющей не более чем 200°С, перед открытием реакционной камеры в целях уменьшения подповерхностного окисления осажденных покрытий.v) Cooling the coated parts to a temperature of not more than 200° C. before opening the reaction chamber in order to reduce subsurface oxidation of the deposited coatings.

[0098] В результате этого становятся возможными предотвращение присутствия оксидов и оксифторидов вольфрама и осаждение материала или покрытия, практически не содержащего кислорода в своем объеме.[0098] As a result, it becomes possible to prevent the presence of oxides and oxyfluorides of tungsten and to deposit a material or coating having substantially no oxygen in its bulk.

[0099] Газовая фаза может быть неионизированной. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, газовая фаза может сохранять химическую активность в течение процесса осаждения.[0099] The gas phase may be non-ionized. Alternatively, or in addition, the gas phase may remain reactive during the deposition process.

[00100] Способ может быть осуществлен при температуре от 320 до 580°С с применением газовой фазы, представляющей собой смесь WF6, водорода, по меньшей мере одного углеводорода и необязательно инертного газа, такого как аргон, при давлении, составляющем 0,1 до 5 кПа, в течение по меньшей мере 10 минут.[00100] The method can be carried out at a temperature of from 320 to 580°C using a gas phase that is a mixture of WF 6 , hydrogen, at least one hydrocarbon and optionally an inert gas such as argon, at a pressure of 0.1 to 5 kPa for at least 10 minutes.

[00101] По меньшей мере один углеводород может содержать или представлять собой газообразный алкан.[00101] At least one hydrocarbon may contain or be a gaseous alkane.

[00102] По меньшей мере один углеводород может быть термически активирован посредством нагревания до температуры от 500 до 850°С перед смешиванием с WF6 и водородом.[00102] At least one hydrocarbon can be thermally activated by heating to a temperature of from 500 to 850°C before mixing with WF 6 and hydrogen.

[00103] Согласно девятому аспекту предложен способ сопротивления каплеударной эрозии турбинных или компрессорных лопаток или лопастей, включающий покрытие лопаток или лопастей материалом согласно первому или второму аспекту.[00103] According to a ninth aspect, there is provided a method for resisting drop impact erosion of turbine or compressor blades or blades, comprising coating the blades or blades with a material according to the first or second aspect.

[00104] Согласно десятому аспекту предложен способ сопротивления кавитационной эрозии крыльчаток насосов, пропеллеров, клапанов или других компонентов, включающий покрытие компонента материалом согласно первому или второму аспекту.[00104] According to a tenth aspect, there is provided a method for resisting cavitation erosion of pump impellers, propellers, valves, or other components, comprising coating the component with a material according to the first or second aspect.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

[00105] Далее варианты осуществления настоящего изобретения описаны в настоящем документе со ссылкой на сопровождающие фигуры, причем:[00105] Further, embodiments of the present invention are described herein with reference to the accompanying figures, wherein:

на фиг. 1 представлена рентгеновская дифрактограмма материала согласно варианту осуществления настоящего изобретения;in fig. 1 is an X-ray diffraction pattern of a material according to an embodiment of the present invention;

на фиг. 2 представлен график зависимости потери массы от числа ударов капель для различных покрытых образцов при определении с помощью испытательной установки;in fig. 2 is a plot of weight loss versus number of drop impacts for various coated samples as determined using a test setup;

на фиг. 3 представлен вид сверху непокрытого образца нержавеющей стали после исследования каплеударной эрозии с применением приблизительно 10 миллионов ударов капель воды;in fig. 3 is a plan view of an uncoated stainless steel sample after drop impact erosion testing using approximately 10 million water drop impacts;

на фиг. 4 представлено перспективное изображение образца, проиллюстрированного на фиг. 3;in fig. 4 is a perspective view of the sample illustrated in FIG. 3;

на фиг. 5 представлен вид сверху первого образца, покрытого в соответствии с настоящим изобретением, после исследования каплеударной эрозии с применением приблизительно 121 миллионов ударов капель воды;in fig. 5 is a plan view of a first sample coated in accordance with the present invention after drop impact erosion testing using approximately 121 million water drop impacts;

на фиг. 6 представлено трехмерное сканирование первого образца с изображением карты высоты поверхности первого образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 6 is a 3D scan of the first sample showing a surface height map of the first sample after drop impact erosion testing;

на фиг. 7 представлен график профиля высоты по исследуемой области первого образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 7 is a plot of the height profile over the study area of the first sample after drop impact erosion testing;

на фиг. 8 представлен вид сверху второго образца, покрытого в соответствии с настоящим изобретением, после исследования каплеударной эрозии с применением приблизительно 101 миллионов ударов капель воды;in fig. 8 is a plan view of a second sample coated in accordance with the present invention after drop impact erosion testing using approximately 101 million water drop impacts;

на фиг. 9 представлено трехмерное сканирование второго образца с изображением карты высоты поверхности второго образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 9 is a 3D scan of the second sample showing a map of the height of the surface of the second sample after drop impact erosion testing;

на фиг. 10 представлен график профиля высоты, проведенного по исследуемой области второго образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 10 is a plot of the height profile drawn over the study area of the second sample after the teardrop erosion study;

на фиг. 11 представлен вид сверху третьего образца, покрытого в соответствии с настоящим изобретением, после исследования каплеударной эрозии с применением приблизительно 74 миллионов ударов капель воды;in fig. 11 is a plan view of a third sample coated in accordance with the present invention after drop impact erosion testing using approximately 74 million water drop impacts;

на фиг. 12 представлено трехмерное сканирование третьего образца с изображением карты высоты поверхности третьего образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 12 is a 3D scan of the third sample showing a surface height map of the third sample after drop impact erosion testing;

на фиг. 13 представлен график профиля высоты, проведенного по исследуемой области третьего образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 13 is a plot of the height profile drawn over the study area of the third sample after the teardrop erosion study;

на фиг. 14 представлен вид сверху четвертого образца, покрытого в соответствии с настоящим изобретением, после исследования каплеударной эрозии с применением приблизительно 74 миллионов ударов капель воды;in fig. 14 is a plan view of a fourth sample coated in accordance with the present invention after drop impact erosion testing using approximately 74 million water drop impacts;

на фиг. 15 представлено трехмерное сканирование четвертого образца с изображением карты высоты поверхности четвертого образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 15 is a 3D scan of the fourth sample showing a surface height map of the fourth sample after drop impact erosion testing;

на фиг. 16 представлен график профиля высоты, проведенного по исследуемой области четвертого образца после исследования каплеударной эрозии;in fig. 16 is a plot of the height profile drawn over the area of interest of the fourth sample after the teardrop erosion study;

на фиг. 17 представлено поперечное сечение пятого образца, покрытого в соответствии с настоящим изобретением, с анализом пористости, проведенным с применением пакета программного обеспечения;in fig. 17 is a cross-sectional view of a fifth sample coated in accordance with the present invention, with a porosity analysis performed using the software package;

на фиг. 18 представлено поперечное сечение четвертого образца с иллюстрацией устойчивости к распространению микротрещин;in fig. 18 is a cross-sectional view of the fourth specimen illustrating resistance to microcrack propagation;

на фиг. 19 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, используемого для определения пористости в соответствии со стандартом ASTM Е2109;in fig. 19 is a cross-sectional view of a CVD coating used to determine porosity in accordance with ASTM E2109;

на фиг. 20 представлено изображение исследования согласно стандарту ASTM Е2109-01, иллюстрирующее минимальный уровень пористости, используемый для визуального определения процентной площади пор покрытий;in fig. 20 is an image of an ASTM E2109-01 study illustrating the minimum porosity level used to visually determine the percentage pore area of coatings;

на фиг. 21 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, исследованное с помощью сканирующего электронного микроскопа в режиме тени;in fig. 21 is a cross section of a CVD coating examined with a scanning electron microscope in shadow mode;

на фиг. 22 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, исследованное путем анализа дифракции обратного рассеяния электронов (ДОРЭ).in fig. 22 shows a cross section of a CVD coating examined by electron backscatter diffraction (EBSD) analysis.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention

[00106] Чтобы исследовать воздействия каплеударной эрозии на турбинные лопатки, в вакуумированную камеру помещали установку, содержащую ротор, вращающийся с высокой скоростью, превышающей 5700 об/мин. Образцы материалов прикрепляли к любому концу ротора и подвергали ударам капель воды, используя сопло с выбранным диаметром и расстоянием удаления. Исследование осуществляли в Национальной физической лаборатории (NPL) Национального измерительного института Великобритании, который представляет собой ведущий мировой центр, обладающий превосходством в разработке и применении наиболее точных доступных научно-технических измерительных стандартов.[00106] In order to investigate the effects of drop impact erosion on turbine blades, an apparatus containing a rotor rotating at a high speed in excess of 5700 rpm was placed in an evacuated chamber. Samples of materials were attached to either end of the rotor and subjected to water droplet impacts using a nozzle of the selected diameter and removal distance. The study was carried out at the National Physical Laboratory (NPL) of the National Measurement Institute of Great Britain, which is the world's leading center with excellence in the development and application of the most accurate scientific and technical measurement standards available.

Figure 00000001
Figure 00000001

[00107] Различные исследуемые образцы оценивали следующим образом:[00107] Various test samples were evaluated as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

[00108] Остаточные напряжения в покрытиях измеряли с применением методов рентгеновской дифракции, поскольку напряжения приводят к изменениям межатомных расстояний в кристаллических решетках покровных материалов, которые могут быть измерены по сдвигу характеристических рентгеновских дифракционных линий. Все измерения различных образцов покрытий, представляющих варианты осуществления настоящего изобретения, проявляют остаточные напряжения сжатия. Измерения частично карбидизированных вольфрамовых покрытий ХОГФ типа 1, имеющих различные толщины и другие характеристики, показывают значения остаточного напряжения от 520 МПа до 1100 МПа, а после дополнительных операций шлифования и отделки показывают значения остаточного напряжения от 1094 МПа до 2552 МПа. Измерения частично карбидизированных вольфрамовых покрытий ХОГФ типа 2, имеющих различные толщины и другие характеристики, показывают значения остаточного напряжения от 810 МПа до 2630 МПа, а после дополнительных операций шлифования и отделки показывают значения остаточного напряжения вплоть до 5300 МПа.[00108] Residual stresses in the coatings were measured using X-ray diffraction techniques, since stresses lead to changes in interatomic distances in the crystal lattices of the coating materials, which can be measured by the shift of the characteristic X-ray diffraction lines. All measurements of various coating samples representing embodiments of the present invention exhibit residual compressive stresses. Measurements of partially carbidized type 1 CVD tungsten coatings having various thicknesses and other characteristics show residual stress values from 520 MPa to 1100 MPa, and after additional grinding and finishing operations show residual stress values from 1094 MPa to 2552 MPa. Measurements of partially carbidized type 2 CVD tungsten coatings having various thicknesses and other characteristics show residual stress values from 810 MPa to 2630 MPa, and after additional grinding and finishing operations show residual stress values up to 5300 MPa.

[00109] Был проанализирован химический состав покрытия каждого типа. Содержание углерода анализировали, используя анализатор продуктов сгорания Eltra®: самостоятельный образец покрытия помещали в индукционную печь и сжигали в атмосфере кислорода. В течение горения углеродные компоненты образца окислялись до диоксида углерода (СО2), и диоксид углерода селективно измеряли с применением инфракрасных детекторов. Показания линеаризовали, интегрировали и делили на массу образца, а затем выводили в массовых процентах полного содержания углерода. Для образцов частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ типа 1, осажденного в таком же цикле, как образцы N3 и N7, были получены следующие результаты:[00109] The chemical composition of each type of coating was analyzed. The carbon content was analyzed using an Eltra® combustion product analyzer: an independent sample of the coating was placed in an induction furnace and burned in an oxygen atmosphere. During combustion, the carbon components of the sample were oxidized to carbon dioxide (CO 2 ), and the carbon dioxide was selectively measured using infrared detectors. The readings were linearized, integrated and divided by the mass of the sample, and then output as a mass percent of the total carbon content. For samples of partially carbidized type 1 CVD tungsten coating deposited in the same cycle as samples N3 and N7, the following results were obtained:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

[00110] Для образцов частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ типа 2, осажденного в таком же цикле, как образцы N26 и N29, были получены следующие результаты:[00110] The following results were obtained for samples of the partially carbidized type 2 CVD tungsten coating deposited in the same cycle as samples N26 and N29:

Figure 00000006
Figure 00000006

[00111] Другие образцы частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ были получены с содержанием углерода, составляющим от 0,000927 мас. % до 0,3697 мас. %.[00111] Other samples of partially carbidized tungsten CVD coating were obtained with a carbon content ranging from 0.000927 wt. % to 0.3697 wt. %.

[00112] Содержание фтора анализировали с применением способа масс-спектрометрии вторичных ионов (МСВИ). Образцы частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ были получены с содержание фтора, составляющим от 0,0004 мас. % до 0,3093 мас. %.[00112] The fluorine content was analyzed using a secondary ion mass spectrometry (SIM) method. Partially carbidized CVD tungsten coating samples were obtained with a fluorine content ranging from 0.0004 wt. % to 0.3093 wt. %.

[00113] Содержание кислорода анализировали с применением способа масс-спектрометрии вторичных ионов (МСВИ) после удаления наружного окисленного покровного слоя с применением способа ионно-лучевого травления. В этом анализе не был получен измеряемый сигнал кислорода для различных образцов покрытий, представляющих варианты осуществления настоящего изобретения.[00113] The oxygen content was analyzed using a secondary ion mass spectrometry (SIM) method after removing the outer oxidized coating layer using an ion beam etching method. In this analysis, no measurable oxygen signal was obtained for various coating samples representing embodiments of the present invention.

[00114] На фиг. 1 представлена рентгеновская дифрактограмма покрытия на образце N22, покрытом вместе с образцами N26 и N29. Эта дифрактограмма представляет все характеристические пики металлического вольфрама, но не представляет наборы характеристических пиков какого-либо из карбидов вольфрама. Это подтверждает предположение, что частицы карбида вольфрама, образующие легированный углеродом вольфрамовый материал согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, действительно представляют собой наночастицы, а не макрочастицы или микрочастицы.[00114] FIG. 1 is an x-ray diffraction pattern of the coating on sample N22 coated with samples N26 and N29. This diffractogram represents all characteristic peaks of tungsten metal, but does not represent the characteristic peak sets of any of the tungsten carbides. This supports the assumption that the tungsten carbide particles forming the carbon-doped tungsten material according to embodiments of the present invention are indeed nanoparticles and not particulates or microparticles.

[00115] Вязкость разрушения различных образцов покрытий, представляющих варианты осуществления настоящего изобретения, измеряли, получая ряд отпечатков углов куба, а также отпечатков Виккерса и исследуя отпечатки в отношении трещин, проходящих от углов отпечатков. Ни один из образцов не проявлял какие-либо трещины, произведенные указанными способами, что показало нижний предел вязкости разрушения покрытия, составляющий по меньшей мере 9 МПа⋅м1/2.[00115] The fracture toughness of various coating samples representing embodiments of the present invention was measured by obtaining a series of cube corner indentations as well as Vickers indentations and examining the indentations for cracks extending from the indentation corners. None of the samples exhibited any cracks produced by these methods, showing a lower fracture toughness limit of the coating of at least 9 MPa⋅m 1/2 .

[00116] Были выполнены измерения зависимости потери массы от числа плеча ротора/струйных натеканий (взаимодействий) с течением времени для всего списка образцов. На образцы N3 и N7 было нанесено частично карбидизированное вольфрамовое покрытие ХОГФ типа 1, а на образцы N26 и N29 было нанесено частично карбидизированное вольфрамовое покрытие ХОГФ типа 2. Подложка представляла собой нержавеющую сталь (SS) 410. Некоторые непокрытые образцы, которые были использованы в качестве контрольных образцов, проявляли быструю потерю массы вследствие КУЭ.[00116] Measurements were made of the dependence of mass loss on the number of rotor arm/jet leaks (interactions) over time for the entire list of samples. Samples N3 and N7 were coated with a partially carbidized tungsten type 1 CVD coating, and samples N26 and N29 were coated with a partially carbidized tungsten CVD type 2 coating. The substrate was 410 stainless steel. control samples showed rapid weight loss due to AEC.

[00117] Результаты наносили на график зависимости потери массы от времени, как представлено на фиг. 2. Результаты настоящего исследования сравнивали с историческими результатами предшествующих исследований, осуществленных для монолитных непокрытых образцов мартенситной нержавеющей стали 410 и Stellite® трех различных типов. Проводили пять повторных исследований, используя образец материала нержавеющей стали 410 и по два образца каждого из материалов Stellite® 6 и Stellite® 21. Stellite® 6 представляет собой сплав на основе кобальта, который состоит из сложных карбидов в матрице сплава. Номинальный состав сплава содержит от 27 до 32 мас. % Cr, от 4 до 6 мас. % W, от 0,9 до 1,4 мас. % С, причем остальную массу составляет кобальт.Stellite® 21 (также известный как Stellite® 8) представляет собой сплав на основе кобальта, который состоит из матрицы сплава CoCrMo, содержащей диспергированные твердые карбиды. Номинальный состав сплава содержит от 26 до 29 мас. % Cr, от 4,5 до 6 мас. % Мо, от 0,2 до 0,35 мас. % С, от 2,0 до 3,0 мас. % Ni, причем остальную массу составляет кобальт.[00117] The results were plotted on a plot of weight loss versus time as shown in FIG. 2. The results of this study were compared with the historical results of previous studies carried out on monolithic uncoated specimens of 410 martensitic stainless steel and Stellite® of three different types. Five replicates were conducted using a sample of 410 stainless steel material and two samples of each of Stellite® 6 and Stellite® 21. Stellite® 6 is a cobalt-based alloy that consists of complex carbides in an alloy matrix. The nominal composition of the alloy contains from 27 to 32 wt. % Cr, 4 to 6 wt. % W, from 0.9 to 1.4 wt. % C, with the balance being cobalt. Stellite® 21 (also known as Stellite® 8) is a cobalt-based alloy that consists of a CoCrMo alloy matrix containing dispersed hard carbides. The nominal composition of the alloy contains from 26 to 29 wt. % Cr, from 4.5 to 6 wt. % Mo, from 0.2 to 0.35 wt. % C, from 2.0 to 3.0 wt. % Ni, with the rest of the mass being cobalt.

[00118] Хорошую воспроизводимость результатов указанных исследований можно наблюдать на примере 410 SS, где результаты перекрываются в очень узком диапазоне. Все образцы частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ N3, N7, N26 и N29 проявляют значительно меньшую потерю массы, чем образцы 410 SS, но все эти образцы проявляют различные величины потери массы при увеличении продолжительности исследования. Образцы N3 проявляют очень медленное увеличение потери массы. Образцы Stellite® 6 и Stellite® 21 проявляют небольшое увеличение потери массы до 2×108 ударов капель воды. Однако другой материал Stellite® проявляет значительную потерю массы под действием 1×108 ударов капель воды. Образцы частично карбидизированных вольфрамовых покрытий ХОГФ представляют ступени на кривых потери массы, что предполагает значительную потерю материала образцов на указанных ступенях. Следует помнить, что потеря массы представляет собой относительно приблизительную меру каплеударной эрозии. Например, было обнаружено, что некоторые образцы (например, N26 и N29) проявляют некоторое отслаивание в краевых областях за пределами основной исследуемой области, причем это отслаивание, вероятно, происходит вследствие механической деформации образцов в процессе повторяющегося снятия и последующего помещения на испытательную установку для измерений массы между каждыми двухчасовыми испытательными периодами. Потеря покровного материала вследствие этого отслаивания представлена как значительная потеря массы на графиках фиг. 2, хотя фактическое повреждение вследствие каплеударной эрозии в исследуемой области оказывается пренебрежимо малым.[00118] Good reproducibility of the results of these studies can be observed in the example of 410 SS, where the results overlap in a very narrow range. All samples of partially carbidized tungsten CVD coating N3, N7, N26 and N29 show significantly less weight loss than samples 410 SS, but all of these samples show different amounts of weight loss with increasing duration of the study. Samples N3 show a very slow increase in weight loss. Samples of Stellite® 6 and Stellite® 21 show a slight increase in weight loss up to 2×10 8 hits of water drops. However, the other Stellite® material exhibits a significant weight loss under the action of 1×10 8 impacts of water drops. Samples of partially carbidized tungsten CVD coatings present steps on the mass loss curves, suggesting a significant loss of sample material at these steps. It should be remembered that mass loss is a relatively approximate measure of teardrop erosion. For example, some samples (e.g. N26 and N29) have been found to exhibit some flaking in edge areas outside of the main area of interest, and this flaking is likely due to mechanical deformation of the samples during repeated removal and subsequent placement on a test bench for measurements. mass between each two-hour test periods. The loss of coating material due to this peeling is represented as a significant weight loss in the graphs of FIG. 2, although the actual damage due to teardrop erosion in the area under study appears to be negligible.

[00119] Для исследования поверхностей образцов был использован оптический микроскоп.На фиг. 3 и 4 представлены, соответственно, вид сверху и перспективное изображение непокрытого образца 410 SS после 107 ударов капель воды. По всей ширине образца наблюдали весьма четкий след износа длиной 8 мм.[00119] An optical microscope was used to examine the surfaces of the samples. FIG. 3 and 4 are, respectively, a plan view and a perspective view of an uncoated 410 SS sample after 10 7 water drop impacts. A very clear wear mark 8 mm long was observed across the entire width of the specimen.

[00120] В следующих испытаниях для исследования поверхностей областей следов износа образцов был использован микроскоп Alicona® Infinitefocus. Этот микроскоп обеспечивает высококачественные изображения поверхности образца, а также трехмерную информацию в направлении высоты над поверхностью. Первая фигура каждого набора (фиг. 6, 9, 12, 15) представляет изображение, причем изображение поверхности представлено в трехмерной проекции, показывая полный след износа, и второе изображение (фиг. 7, 10, 13, 16) представляет график профиля высоты по центральной области каждого образца в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению струи воды.[00120] In the following tests, an Alicona® Infinitefocus microscope was used to examine the surfaces of the wear areas of the samples. This microscope provides high quality images of the sample surface as well as 3D information in the direction of height above the surface. The first figure of each set (FIGS. 6, 9, 12, 15) represents an image, with the surface image presented in three-dimensional projection, showing the complete wear mark, and the second image (Fig. 7, 10, 13, 16) represents a plot of the height profile along the central region of each sample in a direction perpendicular to the direction of the water jet.

[00121] На фиг. 5 представлен вид сверху образца N3 после исследования КУЭ с применением приблизительно 1,2×108 ударов капель воды. На фиг. 6 представлен вид сверху образца N7 после исследования КУЭ с применением приблизительно 1,0×108 ударов капель воды. Исследование КУЭ осуществляли по всей ширине образца, но в отличие от контрольного непокрытого образца 410 SS, представленного на фиг. 4, оба образца частично карбидизированного вольфрамового покрытия ХОГФ типа 1 представляют лишь некоторое локализованное повреждение вблизи углов образцов, но отсутствует выраженное повреждение остальной исследуемой зоны после более чем десятикратной продолжительности воздействия КУЭ. Для обоих образцов N3 и N7 наблюдается обесцвечивание образцов до края области, где струя воды ударяла в образец. Считают, что это обусловлено окислением поверхности образца вследствие повышенной температуры, вызванной процессом эрозии. Центральная зона следа износа для образца N3 на фиг. 5 представляет некоторое «потемнение», которое может быть показателем некоторого повреждения. Присутствует определенное углубление, образующееся у одного края образца, где капли воды ударяют по образцу.[00121] FIG. 5 is a top view of sample N3 after AEC testing using approximately 1.2 x 10 8 water droplets. In FIG. 6 is a plan view of sample N7 after CEC testing using approximately 1.0 x 10 8 water droplets. The study of AEC was carried out over the entire width of the sample, but in contrast to the control uncoated sample 410 SS, shown in Fig. 4, both samples of the partially carbidized type 1 CVD tungsten coating show only some localized damage near the corners of the samples, but there is no pronounced damage to the rest of the area under study after more than ten times the duration of exposure to AEC. For both samples N3 and N7, discoloration of the samples is observed up to the edge of the area where the water jet hit the sample. This is believed to be due to the oxidation of the sample surface due to the elevated temperature caused by the erosion process. The central area of the wear track for sample N3 in FIG. 5 represents some "darkening" which may be indicative of some damage. There is a definite depression formed at one end of the sample where water drops hit the sample.

[00122] На фиг. 6 представлено сканирование на микроскопе Alicona® образца N3 после исследования. Карта высоты представляет некоторое повреждение вблизи краев образца в исследованной области, но образец показывает небольшое повреждение или его отсутствие в середине исследованной области, как представлено на фиг. 7.[00122] FIG. 6 shows the Alicona® microscope scan of sample N3 after examination. The height map represents some damage near the edges of the sample in the region of interest, but the sample shows little or no damage in the middle of the region of interest, as shown in FIG. 7.

[00123] Образец N7 на фиг. 8 представляет весьма незначительное повреждение по образцу с некоторым повреждением у края следа износа. Вероятно, происходит некоторое уменьшение видимости царапин от изготовления исходного образца на поверхности в центре следа износа.[00123] Sample N7 in FIG. 8 shows very little damage on the specimen, with some damage near the edge of the wear mark. There is probably some reduction in the visibility of scratches from the manufacture of the original sample on the surface in the center of the wear mark.

[00124] На фиг. 9 представлено сканирование на микроскопе Alicona® образца N7 после исследования. Карта высоты представляет некоторое повреждение вблизи краев образца в исследованной области, но образец показывает небольшое повреждение или его отсутствие в середине исследованной области, как представлено на фиг. 10.[00124] FIG. 9 shows the Alicona® microscope scan of sample N7 after examination. The height map represents some damage near the edges of the sample in the region of interest, but the sample shows little or no damage in the middle of the region of interest, as shown in FIG. 10.

[00125] Образец N29 на фиг. 11 представляет повреждение в форме отслаивания у одного края образца за пределами исследованной области. Возможно, что это повреждение было вызвано деформацией образца в процессе повторяющегося снятия и последующего помещения на испытательную установку для измерений массы между каждыми двухчасовыми испытательными периодами. Исследованная область в середине образца не представляет видимых повреждений вследствие КУЭ.[00125] Sample N29 in FIG. 11 shows damage in the form of flaking at one edge of the sample outside of the examined area. It is possible that this damage was caused by deformation of the sample during repeated removal and subsequent placement on the test bench for mass measurements between each two-hour test periods. The investigated area in the middle of the sample does not represent visible damage due to AEC.

[00126] На фиг. 12 представлено сканирование на микроскопе Alicona® образца N29 после исследования. Карта высоты не показывает обнаруживаемых повреждений в середине исследованной области, как представлено на фиг. 13.[00126] FIG. 12 shows the Alicona® microscope scan of sample N29 after examination. The height map shows no detectable damage in the middle of the examined area, as shown in FIG. 13.

[00127] Образец N26 на фиг. 14 представляет всестороннее повреждение в форме отслаивания на краях образца за пределами исследованной области, причем снова наиболее вероятной причиной является напряжение или деформация в процессе повторяющегося снятия и последующего помещения на испытательную установку. Исследованная область представляет некоторое разветвленное повреждение вследствие КУЭ, которое проходит по образцу на протяжении приблизительно 2,7 мм.[00127] Sample N26 in FIG. 14 shows all-round damage in the form of flaking at the edges of the sample outside of the area examined, again stress or strain during repeated removal and subsequent placement on the test rig is most likely the cause. The region examined represents some branched ACE damage that extends over the specimen for approximately 2.7 mm.

[00128] На фиг. 15 представлено сканирование на микроскопе Alicona® образца N26 после исследования. Карта высоты этого образца представляет некоторое повреждение поверхности края образца, а также некоторое повреждение под действием КУЭ на одной стороне, которое выглядит разветвленным и проходит по образцу на протяжении приблизительно 2,7 мм. Эта структура, по-видимому, является ступенчатой и имеет глубину 18 мкм на большей части области данного признака. Средняя часть исследованной области не проявляет измеряемого повреждения покрытие, как представлено на фиг.16.[00128] FIG. 15 shows the Alicona® microscope scan of sample N26 after examination. The height map of this sample shows some surface damage to the edge of the sample, as well as some FEA damage on one side that looks branched and runs along the sample for approximately 2.7 mm. This structure appears to be stepped and has a depth of 18 µm over most of the feature area. The middle part of the examined area does not show measurable damage to the coating, as shown in Fig.16.

[00129] За исключением образца N26, указанные сканирования представляют небольшое выраженное повреждение от каплеударной эрозии в центральной области следов износа, визуально наблюдаемых на трехмерных изображениях и профилях образцов. Однако для образца N26 древовидное разветвленное повреждение наблюдается на существенной части ширины образца.[00129] With the exception of sample N26, these scans represent a slight pronounced damage from teardrop erosion in the central region of the wear marks visually observed on the three-dimensional images and profiles of the samples. However, for sample N26, a tree-like branched damage is observed over a significant part of the width of the sample.

[00130] На фиг. 17 представлено поперечное сечение образца частично карбидизированного вольфрамового покровного слоя ХОГФ N34, причем анализ пористости осуществлен с применением программного обеспечения Gwyddion для анализа изображений. Определенная пористость составляла 0,00%.[00130] FIG. 17 is a cross-sectional view of a sample of a partially carbidized N34 CVD tungsten coating layer, with porosity analysis performed using Gwyddion image analysis software. The determined porosity was 0.00%.

[00131] На фиг. 18 представлено поперечное сечение исследованного в условиях КУЭ образца покрытия N26 на стальной подложке в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, причем покрытие содержит более мягкий металлический вольфрамовый слой на подложке и более твердый легированный углеродом вольфрамовый слой, нанесенный поверх более мягкого слоя. Это сечение представляет область с разветвленным повреждением от КУЭ на поверхности покрытия. Можно видеть, что микротрещины, инициированные в верхнем более твердом слое под действием КУЭ, проявляют тенденцию к прекращению на границе между верхним более твердым слоем и нижним более мягким слоем. Исследование поперечного сечения этого образца с применением сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) неожиданно обнаружило, что в области разветвленного повреждения толщина остальной области, измеренная во множестве точек, составляла приблизительно от 10 до 12 мкм, что представляет собой толщину более мягкого металлического вольфрамового слоя. Это продемонстрировало, что в области разветвленного повреждения верхний покровный слой, изготовленный из более твердого легированного углеродом вольфрама, оказался значительно поврежденным или утраченным, в то время как более мягкий и более вязкий металлический вольфрамовый слой, ближайший к подложке, оставался в значительной степени неповрежденным. Соответственно, заявитель настоящего изобретения неожиданно обнаружил, что многослойная структура покрытия, в которой присутствуют чередующиеся слои, включая вязкие вольфрамовые слои и более твердые легированные углеродом вольфрамовые слои, может представлять собой эффективную защиту от КУЭ.[00131] FIG. 18 is a cross-sectional view of an EEC-tested sample of an N26 coating on a steel substrate in accordance with an embodiment of the present invention, the coating comprising a softer metal tungsten layer on the substrate and a harder carbon-doped tungsten layer deposited on top of the softer layer. This section represents the area with branched FA damage on the surface of the coating. It can be seen that microcracks initiated in the upper harder layer under the action of AEC tend to stop at the boundary between the upper harder layer and the lower softer layer. A cross-sectional examination of this sample using a scanning electron microscope (SEM) unexpectedly found that in the area of the branched lesion, the thickness of the remaining area, measured at a plurality of points, was approximately 10 to 12 μm, which is the thickness of the softer metal tungsten layer. This demonstrated that in the area of branched damage, the upper coating layer, made of harder carbon-doped tungsten, was significantly damaged or lost, while the softer and more ductile metallic tungsten layer closest to the substrate remained largely intact. Accordingly, the present inventor has surprisingly found that a multi-layer coating structure in which alternating layers are present, including viscous tungsten layers and harder carbon-doped tungsten layers, can provide effective protection against FEC.

[00132] На фиг. 19 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, используемое для определения пористости в соответствии со стандартными способами ASTM Е2109-01 для определения процентной площади пор в термически распыленных покрытиях. В покрытии практически отсутствуют поры и включения.[00132] FIG. 19 is a cross-sectional view of a CVD coating used to determine porosity in accordance with ASTM E2109-01 standard methods for determining percentage pore area in thermally sprayed coatings. There are practically no pores and inclusions in the coating.

[00133] На фиг. 20 представлено изображение исследования в соответствии со стандартом ASTM Е2109-01, которое показывает минимальный уровень пористости 0,5% и использовано для визуального определения процентной площади пор покрытий.[00133] FIG. 20 is an image of an ASTM E2109-01 study showing a minimum porosity level of 0.5% and used to visually determine the percentage pore area of the coatings.

[00134] На фиг. 21 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, исследованное с применением сканирующего электронного микроскопа в режиме тени. Столбчатая кристаллическая микроструктура покрытия является четко видимой.[00134] FIG. 21 shows a cross section of a CVD coating examined using a scanning electron microscope in shadow mode. The columnar crystalline microstructure of the coating is clearly visible.

[00135] На фиг. 22 представлено поперечное сечение покрытия ХОГФ, исследованное с применением анализа дифракции обратного рассеяния электронов (ДОРЭ), включая псевдоцветное и монохромное изображения. И в этом случае четко видна столбчатая кристаллическая микроструктура покрытия. Анализ ДОРЭ представляет собой эффективный способ кристаллографического исследования микроструктуры материалов.[00135] FIG. 22 shows a cross section of a CVD coating examined using electron backscatter diffraction (EBSD) analysis, including pseudo-color and monochrome images. And in this case, the columnar crystalline microstructure of the coating is clearly visible. The EDSD analysis is an effective method for the crystallographic study of the microstructure of materials.

[00136] Во всем тексте настоящего документа, включая описание и формулу изобретения, слова «включать» и «содержать» и их видоизменения означают «включающий, но не ограниченный», и они не предназначены, чтобы исключать (и не исключают) другие элементы, добавки, компоненты, неотъемлемые части или стадии.[00136] Throughout the text of this document, including the description and claims, the words "include" and "comprise" and their modifications mean "including, but not limited to", and they are not intended to exclude (and do not exclude) other elements, additives, components, integral parts or steps.

[00137] Признаки, неотъемлемые части, характеристики, соединения, химические фрагменты или группы, описанные в сочетании с конкретным аспектом, вариантом осуществления или примером настоящего изобретения, следует понимать как применимые к любому другому аспекту, варианту осуществления или примеру, описанному в настоящем документе, если они не являются несовместимыми. Все признаки, раскрытые в настоящем документе (включая любые пункты сопровождающей формулы изобретения, реферат и фигуры), и/или все стадии любого способа или процесса, раскрытого в нем, могут быть объединены в любой комбинации, кроме комбинаций, где по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или стадий являются взаимоисключающими. Настоящее изобретение не ограничено деталями какого-либо из приведенных выше вариантов осуществления.[00137] Features, parts, characteristics, compounds, chemical moieties, or groups described in conjunction with a particular aspect, embodiment, or example of the present invention should be understood to apply to any other aspect, embodiment, or example described herein, unless they are incompatible. All features disclosed herein (including any claims of the accompanying claims, abstract and figures) and/or all steps of any method or process disclosed therein may be combined in any combination, except combinations where at least some of such features and/or steps are mutually exclusive. The present invention is not limited to the details of any of the above embodiments.

[00138] При чтении следует обратить внимание на все материалы и документы, которые поданы одновременно или до настоящего документа в связи с настоящей заявкой, и которые являются открытыми для публичного ознакомления вместе с настоящим документом, причем содержание всех таких материалов и документов включено в настоящий документ посредством ссылки.[00138] When reading, attention should be paid to all materials and documents that are filed simultaneously with or prior to this document in connection with this application, and which are open for public review along with this document, and the contents of all such materials and documents are included in this document. through a link.

Claims (50)

1. Устойчивый к эрозии и коррозии материал, содержащий легированный углеродом вольфрам и нанесенный на подложку, который имеет столбчатую кристаллическую микроструктуру, и у которого легированный углеродом вольфрам представляет собой матрицу из вольфрама, в которой диспергированы наночастицы карбида вольфрама, в виде однородной наноструктуры, при этом в упомянутой матрице отсутствует кислород, за исключением частей поверхности указанной подложки, открытых для воздуха или влаги.1. An erosion and corrosion resistant material containing carbon-doped tungsten and deposited on a substrate, which has a columnar crystalline microstructure, and in which the carbon-doped tungsten is a tungsten matrix in which tungsten carbide nanoparticles are dispersed, in the form of a uniform nanostructure, while there is no oxygen in said matrix, except for parts of the surface of said substrate open to air or moisture. 2. Устойчивый к каплеударной эрозии материал, содержащий легированный углеродом вольфрам и нанесенный на подложку, который имеет столбчатую кристаллическую микроструктуру, и у которого легированный углеродом вольфрам представляет собой матрицу из вольфрама, в которой диспергированы наночастицы карбида вольфрама, в виде однородной наноструктуры, при этом в упомянутой матрице из вольфрама отсутствует кислород, за исключением частей поверхности, открытых для воздуха или влаги.2. Drop impact erosion resistant material containing carbon-doped tungsten and deposited on a substrate, which has a columnar crystalline microstructure, and in which carbon-doped tungsten is a tungsten matrix in which tungsten carbide nanoparticles are dispersed, in the form of a uniform nanostructure, while in said tungsten matrix is free of oxygen, except for parts of the surface exposed to air or moisture. 3. Материал по п. 1 или 2, в котором вольфрам легирован углеродом в количестве, составляющем 0,0001 до 0,37 мас.% по отношению к полной массе материала, например в количестве, составляющем 0,0001 до 0,21 мас.% по отношению к полной массе материала.3. The material according to claim 1 or 2, in which the tungsten is alloyed with carbon in an amount of 0.0001 to 0.37 wt.% in relation to the total mass of the material, for example, in an amount of 0.0001 to 0.21 wt. % relative to the total weight of the material. 4. Материал по любому из пп. 1-3, который состоит из легированного углеродом вольфрама, при необходимости дополнительно легированного фтором.4. Material according to any one of paragraphs. 1-3, which consists of carbon-doped tungsten, optionally additionally doped with fluorine. 5. Материал по любому из пп. 1-3, в котором вольфрам дополнительно легирован фтором.5. Material according to any one of paragraphs. 1-3, in which tungsten is additionally doped with fluorine. 6. Материал по п. 5, в котором вольфрам легирован фтором в количестве, составляющем 0,0004 до 0,31 мас.% по отношению к полной массе материала, например в количестве, составляющем 0,0014 до 0,19 мас.% по отношению к полной массе материала.6. Material according to claim 5, in which tungsten is doped with fluorine in an amount of 0.0004 to 0.31 wt.% in relation to the total mass of the material, for example, in an amount of 0.0014 to 0.19 wt.% by relative to the total weight of the material. 7. Материал по п. 5 или 6, в котором отсутствуют оксифториды.7. Material according to claim 5 or 6, in which oxyfluorides are absent. 8. Материал по любому из пп. 1-7, у которого отсутствуют характеристические пики карбидов вольфрама, имеющих кристаллическую структуру A15, при исследовании посредством рентгеновского дифракционного анализа.8. Material according to any one of paragraphs. 1-7, which lacks characteristic peaks of tungsten carbides having an A15 crystal structure when examined by X-ray diffraction analysis. 9. Материал по любому из пп. 1-7, который является непористым.9. Material according to any one of paragraphs. 1-7 which is non-porous. 10. Материал по любому из пп. 1-8, который имеет пористость, составляющую менее чем 0,5 об.%, например менее чем 0,3 об.%, например менее чем 0,2 об.%, например менее чем 0,15 об.%.10. Material according to any one of paragraphs. 1-8 which has a porosity of less than 0.5% by volume, such as less than 0.3% by volume, such as less than 0.2% by volume, such as less than 0.15% by volume. 11. Материал по любому из пп. 1-10, который содержит в своем составе от 97,60 до 99,99 мас.% вольфрама.11. Material according to any one of paragraphs. 1-10, which contains in its composition from 97.60 to 99.99 wt.% tungsten. 12. Материал по любому из пп. 1-11, который имеет твердость, составляющую от 4,4 ГПа до 19 ГПа, например от 8 ГПа до 16 ГПа.12. Material according to any one of paragraphs. 1-11 which has a hardness of 4.4 GPa to 19 GPa, for example 8 GPa to 16 GPa. 13. Материал по любому из пп. 1-12, который имеет вязкость разрушения, составляющую по меньшей мере 9 МПа⋅м1/2.13. Material according to any one of paragraphs. 1-12 which has a fracture toughness of at least 9 MPa⋅m 1/2 . 14. Материал по любому из пп. 1-9 и 11, 12, в котором отсутствуют поры, пустоты и/или включения, которые действуют в качестве концентраторов механических напряжений.14. Material according to any one of paragraphs. 1-9 and 11, 12, in which there are no pores, voids and/or inclusions that act as mechanical stress concentrators. 15. Материал по любому из пп. 1-14, который нанесен на подложку посредством химического осаждения из газовой фазы.15. Material according to any one of paragraphs. 1-14, which is deposited on a substrate by chemical vapor deposition. 16. Материал по п. 15, который имеет остаточное напряжение сжатия, составляющее от 520 МПа до 5,3 ГПа, например от 810 МПа до 2,63 ГПа.16. The material according to claim 15, which has a residual compressive stress of 520 MPa to 5.3 GPa, for example 810 MPa to 2.63 GPa. 17. Материал по п. 15 или 16, который имеет толщину, составляющую по меньшей мере 15 мкм, например по меньшей мере 50 мкм.17. Material according to claim 15 or 16, which has a thickness of at least 15 microns, for example at least 50 microns. 18. Материал по любому из пп. 15-17, который имеет толщину, составляющую не более чем 200 мкм, например не более чем 100 мкм.18. Material according to any one of paragraphs. 15-17 which has a thickness of not more than 200 µm, for example not more than 100 µm. 19. Материал по любому из пп. 15-18, который имеет поверхностную шероховатость Ra, составляющую менее чем 1 мкм, например менее чем 0,2 мкм.19. Material according to any one of paragraphs. 15-18 which has a surface roughness Ra of less than 1 µm, such as less than 0.2 µm. 20. Материал по любому из пп. 15-19, который нанесен посредством химического осаждения из газовой фазы, имеет поверхностную шероховатость Ra, превышающую не более чем на 1 мкм поверхностную шероховатость подложки, без необходимости полирования после осаждения.20. The material according to any one of paragraphs. 15-19, which is deposited by chemical vapor deposition, has a surface roughness Ra not more than 1 µm higher than the surface roughness of the substrate, without the need for polishing after deposition. 21. Материал по любому из пп. 15-20, который выполнен в виде покровного слоя.21. Material according to any one of paragraphs. 15-20, which is made in the form of a cover layer. 22. Материал по п. 21, который дополнительно содержит по меньшей мере более мягкий слой, расположенный ближе к подложке и состоящий в основном из вольфрама, при необходимости легированного фтором.22. The material of claim. 21, which further comprises at least a softer layer located closer to the substrate and consisting mainly of tungsten, optionally doped with fluorine. 23. Материал по п. 22, в котором покровный слой является более твердым слоем.23. The material of claim 22, wherein the top layer is the harder layer. 24. Материал по п. 22, в котором вольфрам более мягкого слоя легирован фтором в количестве, составляющем 0,0004 до 0,31 мас.% по отношению к полной массе более мягкого слоя, например в количестве, составляющем 0,0014 до 0,19 мас.% по отношению к полной массе более мягкого слоя.24. The material according to claim 22, in which the tungsten of the softer layer is doped with fluorine in an amount of 0.0004 to 0.31 wt.% in relation to the total weight of the softer layer, for example, in an amount of 0.0014 to 0, 19 wt.% in relation to the total weight of the softer layer. 25. Материал по п. 23 или 24, дополнительно содержащий переходный слой между более мягким слоем и более твердым слоем.25. Material according to claim 23 or 24, further comprising a transition layer between the softer layer and the harder layer. 26. Материал по п. 25, в котором концентрация углерода в переходном слое увеличивается в направлении от более мягкого слоя к более твердому слою.26. The material of claim 25, wherein the concentration of carbon in the transition layer increases in the direction from the softer layer to the harder layer. 27. Материал по п. 25 или 26, в котором переходный слой имеет толщину, составляющую по меньшей мере 0,01 мкм, например по меньшей мере 0,1 мкм.27. Material according to claim 25 or 26, wherein the transition layer has a thickness of at least 0.01 µm, such as at least 0.1 µm. 28. Материал по любому из пп. 23-27, в котором соотношение толщины более мягкого слоя и толщины более твердого слоя составляет от 1:10 до 10:1.28. The material according to any one of paragraphs. 23-27, in which the ratio of the thickness of the softer layer to the thickness of the harder layer is from 1:10 to 10:1. 29. Материал по любому из пп. 23-28, в котором полная толщина более мягкого и более твердого слоев и, при необходимости, переходного слоя составляет от 1 до 50 мкм.29. Material according to any one of paragraphs. 23-28, in which the total thickness of the softer and harder layers and, if necessary, the transition layer is from 1 to 50 microns. 30. Турбинная лопатка, которая по меньшей мере частично покрыта материалом по любому из пп. 1-14.30. Turbine blade, which is at least partially covered with a material according to any one of paragraphs. 1-14. 31. Турбинная лопатка по п. 30, которая представляет собой лопатку паровой турбины или газовой турбины.31. The turbine blade of claim 30, which is a steam turbine or gas turbine blade. 32. Крыльчатка насоса, подвергающаяся кавитации в жидкости и по меньшей мере частично покрытая материалом по любому из пп. 1-14.32. The impeller of the pump, subjected to cavitation in the liquid and at least partially covered with a material according to any one of paragraphs. 1-14. 33. Способ нанесения устойчивого к каплеударной эрозии покрытия на подложку в виде турбинной или компрессорной лопатки или лопасти, который включает по меньшей мере частичное покрытие лопатки или лопасти материалом по любому из пп. 1-29 посредством химического осаждения из газовой фазы.33. A method of applying a coating resistant to drop impact erosion on a substrate in the form of a turbine or compressor blade or blade, which includes at least partial coating of the blade or blade with a material according to any one of paragraphs. 1-29 by chemical vapor deposition. 34. Способ по п. 33, в котором лопатка или лопасть представляет собой лопатку или лопасть паровой турбины или парового компрессора, или газовой турбины.34. The method of claim 33 wherein the blade or vane is a blade or vane of a steam turbine or steam compressor or gas turbine. 35. Способ нанесения устойчивого к кавитационной эрозии покрытия на подложку, который включает по меньшей мере частичное покрытие компонента материалом по любому из пп. 1-29 посредством химического осаждения из газовой фазы.35. A method of applying a cavitation erosion resistant coating to a substrate, which includes at least partially coating a component with a material according to any one of paragraphs. 1-29 by chemical vapor deposition. 36. Способ изготовления материала по любому из пп. 1, 3-14 посредством химического осаждения из газовой фазы, включающий использование газовой фазы, содержащей смесь WF6, водорода, по меньшей мере одного углеводорода и, при необходимости, инертного газа, причем газовая фаза имеет содержание кислорода, составляющее не более чем 10 ч./млн, и содержание воды, составляющее не более чем 3 ч./млн.36. A method of manufacturing a material according to any one of paragraphs. 1, 3-14 by chemical vapor deposition, comprising the use of a gas phase containing a mixture of WF 6 , hydrogen, at least one hydrocarbon and, if necessary, an inert gas, and the gas phase has an oxygen content of not more than 10 h ./ppm, and a water content of not more than 3 ppm. 37. Способ по п. 36, в котором газовая фаза является неионизированной.37. The method of claim 36 wherein the gas phase is non-ionized. 38. Способ по п. 36 или 37, в котором газовая фаза является химически активной в течение процесса осаждения.38. The method according to claim 36 or 37, wherein the gas phase is reactive during the deposition process. 39. Способ по любому из пп. 36-38, который осуществляют при температуре, составляющей от 320 до 580°C, с использованием газовой фазы, содержащей смесь WF6, водорода, по меньшей мере одного углеводорода и, при необходимости, инертного газа, при давлении, составляющем от 0,1 до 5 кПа, в течение по меньшей мере 10 минут.39. The method according to any one of paragraphs. 36-38, which is carried out at a temperature of 320 to 580°C, using a gas phase containing a mixture of WF 6 , hydrogen, at least one hydrocarbon and, if necessary, an inert gas, at a pressure of 0.1 up to 5 kPa, for at least 10 minutes. 40. Способ по любому из пп. 36-39, в котором по меньшей мере один углеводород содержит или представляет собой газообразный алкан.40. The method according to any one of paragraphs. 36-39, wherein at least one hydrocarbon contains or is a gaseous alkane. 41. Способ по любому из пп. 36-40, в котором по меньшей мере один углеводород термически активируют посредством нагревания до температуры, составляющей от 500 до 850°C, перед смешиванием с WF6 и водородом.41. The method according to any one of paragraphs. 36-40, wherein at least one hydrocarbon is thermally activated by heating to a temperature of 500 to 850° C. prior to mixing with WF 6 and hydrogen. 42. Способ по любому из пп. 36-41, в котором химическое осаждение из газовой фазы происходит в реакционной камере.42. The method according to any one of paragraphs. 36-41, in which chemical vapor deposition occurs in the reaction chamber. 43. Способ по п. 42, в котором реакционную камеру дегазируют посредством нагревания в вакууме перед введением газовой фазы.43. The method of claim 42 wherein the reaction chamber is degassed by heating under vacuum prior to introduction of the gas phase. 44. Способ по п. 42 или 43, в котором реакционную камеру наполняют инертным газом, нагревают и затем вакуумируют перед введением газовой фазы.44. The method according to claim 42 or 43, in which the reaction chamber is filled with an inert gas, heated and then evacuated before introducing the gas phase. 45. Способ по любому из пп. 42-44, в котором реакционную камеру исследуют в отношении вакуумонепроницаемости каждый раз, когда ее закрывают после открытия, при необходимости, посредством гелиевого течеискателя.45. The method according to any one of paragraphs. 42-44, in which the reaction chamber is examined for vacuum tightness each time it is closed after opening, if necessary, by means of a helium leak detector. 46. Способ по любому из пп. 42-45, в котором материал выдерживают для охлаждения до 200°C или меньшей температуры перед открытием реакционной камеры.46. The method according to any one of paragraphs. 42-45 wherein the material is allowed to cool to 200° C. or less before opening the reaction chamber. 47. Способ по любому из пп. 36-46, в котором материал после осаждения охлаждают при средней скорости, составляющей от 0,12°C в минуту до 1,9°C в минуту.47. The method according to any one of paragraphs. 36-46, in which the material after deposition is cooled at an average rate of 0.12°C per minute to 1.9°C per minute. 48. Способ по любому из пп. 36-47, в котором материал осаждают при скорости, составляющей от 3,5 до 82 мкм в час, например при скорости, составляющей от 4 до 18 мкм в час.48. The method according to any one of paragraphs. 36-47, wherein the material is deposited at a rate of 3.5 to 82 microns per hour, for example at a rate of 4 to 18 microns per hour. 49. Способ нанесения устойчивого к каплеударной эрозии покрытия на подложку в виде турбинной или компрессорной лопатки или лопасти, включающий покрытие турбинной или компрессорной лопатки или лопасти материалом по любому из пп. 1-14.49. A method of applying a coating resistant to drop impact erosion on a substrate in the form of a turbine or compressor blade or blade, including coating the turbine or compressor blade or blade with a material according to any one of paragraphs. 1-14. 50. Способ нанесения устойчивого к кавитационной эрозии покрытия на подложку, который включает покрытие упомянутой подложки материалом по любому из пп. 1-14.50. A method of applying a cavitation erosion resistant coating to a substrate, which includes coating said substrate with a material according to any one of paragraphs. 1-14.
RU2020118018A 2017-11-02 2018-10-29 Coatings resistant to drop impact for turbine blades and other components RU2795437C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1718191.8 2017-11-02
GB1718191.8A GB2568063B (en) 2017-11-02 2017-11-02 Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components
PCT/GB2018/053124 WO2019086848A2 (en) 2017-11-02 2018-10-29 Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020118018A RU2020118018A (en) 2021-12-02
RU2020118018A3 RU2020118018A3 (en) 2022-04-06
RU2795437C2 true RU2795437C2 (en) 2023-05-03

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ513944A (en) * 1999-02-11 2001-09-28 Hardide Ltd Tungsten carbide coatings and method for producing the same
WO2006040545A2 (en) * 2004-10-12 2006-04-20 Hardide Coatings Limited Alloyed tungsten produced by chemical vapour deposition
RU2333365C2 (en) * 2002-09-27 2008-09-10 Нуово Пиньоне Холдинг Спа Method of treatment of actuators that are exposed to errosion under effect of liquids, erosion-preventive alloy for coatings and actuator
GB2509790A (en) * 2013-03-27 2014-07-16 Hardide Plc Superabrasive diamond based material with protective tungsten based coating
RU2537992C1 (en) * 2013-10-18 2015-01-10 Олег Савельевич Кочетов Kochetov's mechanical-draft tower

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ513944A (en) * 1999-02-11 2001-09-28 Hardide Ltd Tungsten carbide coatings and method for producing the same
RU2333365C2 (en) * 2002-09-27 2008-09-10 Нуово Пиньоне Холдинг Спа Method of treatment of actuators that are exposed to errosion under effect of liquids, erosion-preventive alloy for coatings and actuator
WO2006040545A2 (en) * 2004-10-12 2006-04-20 Hardide Coatings Limited Alloyed tungsten produced by chemical vapour deposition
GB2509790A (en) * 2013-03-27 2014-07-16 Hardide Plc Superabrasive diamond based material with protective tungsten based coating
RU2537992C1 (en) * 2013-10-18 2015-01-10 Олег Савельевич Кочетов Kochetov's mechanical-draft tower

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11795830B2 (en) Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components
Li et al. Continuously growing ultrathick CrN coating to achieve high load-bearing capacity and good tribological property
Cao et al. Sand particle erosion resistance of the multilayer gradient TiN/Ti coatings on Ti6Al4V alloy
Bonu et al. Nanolayered multilayer Ti/TiN coatings: Role of bi-layer thickness and annealing on solid particle erosion behaviour at elevated temperature
US8118561B2 (en) Erosion- and impact-resistant coatings
Yang et al. Nanolayered CrAlTiN and multilayered CrAlTiN–AlTiN coatings for solid particle erosion protection
Wang et al. Micro-nano multilayer structure design and solid particle erosion resistance performance of CrAlNx/CrAlN coating
Cai et al. Thermal cycling behavior of thermal barrier coatings with MCrAlY bond coat irradiated by high-current pulsed electron beam
Qin et al. Cavitation erosion behavior of nanocomposite Ti–Si–C–N and Ti/Ti–Si–C–N coatings deposited on 2Cr13 stainless steel using a plasma enhanced magnetron sputtering process
Cheng et al. Cavitation erosion resistance of diamond-like carbon coating on stainless steel
KR19990045567A (en) Gas turbine engine sealing system
Quesnel et al. Tungsten and tungsten-carbon PVD multilayered structures as erosion-resistant coatings
Essa et al. Failure mechanisms of APS-YSZ-CoNiCrAlY thermal barrier coating under isothermal oxidation and solid particle erosion
Guo et al. Erosion behavior of CrN, CrAlN and CrAlN/CrN multilayer coatings deposited on Ti6Al4V
Boone et al. Some effects of structure and composition on the properties of electron beam vapor deposited coatings for gas turbine superalloys
Ma et al. Solid particle erosion behavior and failure mechanism of TiZrN coatings for Ti-6Al-4V alloy
EP3647585B1 (en) Hydro-electric turbine component having enhanced life span and method for forming the same
Malvi et al. Elevated temperature erosion of plasma sprayed thermal barrier coating
Mann et al. Advanced high-velocity oxygen-fuel coating and candidate materials for protecting LP steam turbine blades against droplet erosion
Singh et al. Influence of laser texturing on hydrophobicity and slurry erosion behaviour of VC-CuNiCr based HVOF coatings
Singh et al. Influence of laser texturing along with PTFE topcoat on slurry and cavitation erosion resistance of HVOF sprayed VC coating
RU2795437C2 (en) Coatings resistant to drop impact for turbine blades and other components
Liu et al. Mechanical properties and cavitation erosion behavior of CeO2-modified dual-scale WC-10Co-4Cr coating prepared by HVOF
Yao et al. Fretting fatigue life improvement of nickel-based superalloy GH4169 dovetail slots by deflecting abrasive waterjet peening process
US20190390556A1 (en) Composite coating layer having improved erosion resistance and turbine component including the same