RU88389U1 - Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием - Google Patents
Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием Download PDFInfo
- Publication number
- RU88389U1 RU88389U1 RU2009125740/22U RU2009125740U RU88389U1 RU 88389 U1 RU88389 U1 RU 88389U1 RU 2009125740/22 U RU2009125740/22 U RU 2009125740/22U RU 2009125740 U RU2009125740 U RU 2009125740U RU 88389 U1 RU88389 U1 RU 88389U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- sublayer
- gas
- heat
- binder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
1. Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием, содержащая перо со связующим подслоем на его поверхности, имеющим фазовый состав на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы и рабочим керамическим слоем на основе диоксида циркония, характеризующаяся тем, что связующий подслой сформирован для уменьшения образования в нем y'-фазы газоплазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси на основе интерметаллидной никель-алюминиевой β-фазы без последующего отжига, а рабочий керамический слой на основе диоксида циркония нанесен на указанный связующий подслой также путем газоплазменного напыления на воздухе. ! 2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что ее жаростойкое покрытие состоит из связующего подслоя на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы при содержании y'-фазы ~20% толщиной 80-120 мкм и рабочего керамического слоя на основе диоксида циркония, стабилизированного окисью иттрия, толщиной 100-150 мкм. ! 3. Лопатка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что связующий подслой сформирован газо-плазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 с дисперсностью ~80 мкм при токе дуги 450 А, дистанции напыления 80 мм и расходе газа 30 л/мин.
Description
Полезная модель относится к энергетическому и авиационному турбиностроению и может быть использована при изготовлении и восстановлении турбинных лопаток, работающих в условиях воздействия рабочих газов и высоких температур, для защиты этих лопаток от высокотемпературной газовой коррозии с помощью жаростойких покрытий.
Наиболее распространенной в эксплуатации в указанных условиях конструкцией турбинной лопатки, выполненной из жаропрочного никелевого сплава, является перо лопатки с нанесенным на его поверхности защитным покрытием на основе адгезионного (связующего) подслоя и рабочего слоя, выполняющего защитную функцию, например многокомпонентного металлического (CoCrAlY) подслоя и керамического (ZrO2·12Y2O3) слоя (см. книгу Никитина В.И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. Л., «Машиностроение», 1987, с.6, 209).
При этом основной проблемой реализации такой конструкции турбинной лопатки в отношении оптимального сочетания технологичности изготовления и эксплуатационных качеств лопатки является производственная задача выбора метода нанесения защитного покрытия и материала связующего подслоя и рабочего слоя защитного покрытия.
Так уровень техники в области нанесения жаростойких покрытий турбинных лопаток характеризуется традиционными методами газо- и вакуумно-плазменных и электронно-лучевых напылений, а также методом диффузионного алитирования поверхности лопаток (см. указанную книгу Никитина В.И., с.201-209).
Основными недостатками этих методов являются невысокая технологичность методов вакуумно-плазменного и электроннолучевого напыления и недостаточно высокая производственная эффективность применяемого оборудования.
При этом недостаточно высокая эффективность выигрышного технологически газо-плазменного напыления на воздухе таких известных материалов, как сплавы на основе никеля и кобальта, в том числе типа Me-Cr-Al-Y, алюминиды, силициды, карбиды, оксиды ZrO2-Y2O3(MgO), Al2O3, выражается в сопутствующих пористости и низкой адгезии покрытия с подложкой, снижающих ресурс жаростойкого покрытия (см. книгу Гецова Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. М., «Недра», 1996, с.335-337).
Известна турбинная лопатка (см. патент РФ №2272089, С23С 28/00, 2006), жаростойкое покрытие которой конструктивно решено формированием (на первом этапе) хромоалитированного слоя на всей поверхности пера лопатки - жаростойкого покрытия, переходящего в результате дополнительного электронно-лучевого напыления (на втором этапе) на входные кромки лопатки слоя керамики ZrO2-8Y2O3 и последующего отжига в слой со структурой ZrO2-8Y2O3-β+y' на этих участках лопатки.
Данный аналог также имеет недостаточно высокую технологичность изготовления турбинной лопатки в связи с комбинированным характером жаростойкого покрытия, для получения которого предусмотрены хромоалитирование в вакууме в порошковой смеси с последующей термовакуумной обработкой на первом этапе и изложенные операции на втором этапе. Кроме того, отжиг на втором этапе способствует увеличению образования y'-фазы.
Другие известные аналоги турбинной лопатки с защитным покрытием (см. например, патенты РФ №2078148, С23С 14/06, С23С 14/56, 1997; №2349679, С23С 14/30, С23С 10/56, С23С 28/00, 2009) представляют собой технические решения лопаток с нанесенными многослойными жаропрочными покрытиями, свойства которых хоть и присутствуют в эксплуатационных качествах керамического покрытия, но выходят за рамки решаемой технической задачи в заявляемой полезной модели.
Заявителем выбран допускаемый вариант оформления настоящей заявки на полезную модель без прототипа в связи с отсутствием доступного аналога турбинной лопатки с жаростойким покрытием, близкого по технической сущности для корректного сравнения решения обеспечения жаростойкости турбинной лопатки с точки зрения выбора оптимального сочетания конструкции лопатки с покрытием (включая конструктивный состав покрытия), материала и методов нанесения слоев покрытия.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в выигрышном сочетании эксплуатационно надежного двухслойного жаростойкого покрытия на основе повышающего адгезию покрытия никельсодержащего связующего подслоя с фазовым составом - никель-алюминиевой (β+y')-фазой с пониженным содержанием y'-фазы (в связи с исключением после нанесения слоя указанного связующего отжига) и рабочего керамического слоя диоксида циркония, стабилизированного окисью иттрия, с улучшенным технологичным газо-плазменным поочередным напылением обоих слоев на воздухе.
При этом предлагаемая турбинная лопатка характеризуется подобранным экспериментально материалом и режимом нанесения указанного связующего подслоя, позволяющем обеспечить повышенный ресурс лопатки более плотный газо-плазменный связующий подслой с меньшей общей пористостью.
Для достижения указанного технического результата предлагается лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием, содержащая перо со связующим подслоем на его поверхности, имеющим фазовый состав на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы и рабочим керамическим слоем на основе диоксида циркония, характеризующаяся тем, что связующий подслой сформирован для уменьшения образования в нем y'-фазы газо-плазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси на основе интерметаллидной никель-алюминиевой β-фазы без последующего отжига, а рабочий керамический слой на основе диоксида циркония нанесен на указанный связующий подслой также путем газо-плазменного напыления на воздухе.
В частном случае выполнения жаростойкое покрытие предлагаемой лопатки состоит из связующего подслоя на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы при содержании y'-фазы ~20%, толщиной 80-120 мкм и рабочего керамического слоя на основе диоксида циркония, стабилизированного окисью иттрия, толщиной 100-150 мкм.
При этом указанный связующий подслой сформирован газоплазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 с дисперсностью ~80 мкм при токе дуги 450 А, дистанции напыления 80 мм и расходе газа 30 л/мин.
В примере выполнения заявляемой лопатки турбины высокого давления из никелевого сплава In 738 на перо методом газоплазменного напыления на воздухе порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 (ТУ 14-22-11-88) исходной дисперсностью 100 и 80 мкм с помощью установки УПУ-3Д наносился связующий подслой толщиной 80-120 мкм.
Указанная порошковая смесь в состоянии поставки (состав: Ni - основа, Al ~ 14%, Cr ~ 19%, Со ~ 22%, элементы стабилизаторы ~ 1%) имела однофазный состав: интерметаллид β-NiAl, а связующий подслой - фазовый состав: β-NiAl+y'-Ni3Al(20%) - после напыления и фазовый состав: β-NiAl+y'-Ni3Al(27%) после отжига при 750°С в течение 4,5 ч. и β-NiAl+y'-Ni3Al(40%) после отжига при 800°С в течение 4,5 ч. (рентгеновский анализ выполнен на дифрактометре «Дрон-3М» - съемка по Брэггу-Брентано, Cu-Kα-излучение).
Уменьшение дисперсности исходной порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 со 100 до 80 мкм и менее позволило уменьшить пористость подслоя связующего с ~13,6% до ~6,8%, получаемого газоплазменным напылением на воздухе (без отжига) такой смеси, при достижении плотности подслоя ~7940 кг/м3 и микротвердости поверхности подслоя ~3460 МПа (определение пористости проведено методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18989-89, измерение микротвердости - с помощью микротвердомера ПМТ-3 на поперечных шлифах при нагрузке на индентор 0,5 и 2 Н по ГОСТ 9450-76).
Указанные характеристики получены в результате экспериментального подбора оптимального режима газо-плазменного напыления на воздухе: при токе дуги ~450 А, дистанции напыления ~80 мм и расходе газа ~30 л/мин.
На нанесенный связующий подслой на указанной же установке УПУ-3Д методом газо-плазменного напыления на воздухе порошковой смеси с дисперсностью ~90 мкм диоксида циркония с окисью иттрия (состав: ZrO2-8Y2O3) наносился рабочий керамический слой толщиной 100-150 мкм.
Применение полученного жаростойкого покрытия обеспечило повышение ресурса лопатки турбины газотурбинного двигателя ~1,8 раза.
Claims (3)
1. Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием, содержащая перо со связующим подслоем на его поверхности, имеющим фазовый состав на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы и рабочим керамическим слоем на основе диоксида циркония, характеризующаяся тем, что связующий подслой сформирован для уменьшения образования в нем y'-фазы газоплазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси на основе интерметаллидной никель-алюминиевой β-фазы без последующего отжига, а рабочий керамический слой на основе диоксида циркония нанесен на указанный связующий подслой также путем газоплазменного напыления на воздухе.
2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что ее жаростойкое покрытие состоит из связующего подслоя на основе интерметаллидной никель-алюминиевой (β+y')-фазы при содержании y'-фазы ~20% толщиной 80-120 мкм и рабочего керамического слоя на основе диоксида циркония, стабилизированного окисью иттрия, толщиной 100-150 мкм.
3. Лопатка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что связующий подслой сформирован газо-плазменным напылением на воздухе на поверхность пера порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 с дисперсностью ~80 мкм при токе дуги 450 А, дистанции напыления 80 мм и расходе газа 30 л/мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125740/22U RU88389U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125740/22U RU88389U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU88389U1 true RU88389U1 (ru) | 2009-11-10 |
Family
ID=41355035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125740/22U RU88389U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU88389U1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556175C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТУРБОКОН" (ООО "ТУРБОКОН") | Способ восстановления профиля пера лопатки газотурбинного двигателя |
RU2741491C2 (ru) * | 2016-11-09 | 2021-01-26 | Сафран | Деталь с нанесённым тепловым барьером для газотурбинного двигателя и способ её получения |
RU2759941C2 (ru) * | 2017-03-30 | 2021-11-18 | Сафран | Турбинная деталь из жаропрочного сплава и соответствующий способ изготовления |
USD947630S1 (en) * | 2018-11-15 | 2022-04-05 | Milwaukee Electric Tool Corporation | Wrench |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125740/22U patent/RU88389U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556175C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТУРБОКОН" (ООО "ТУРБОКОН") | Способ восстановления профиля пера лопатки газотурбинного двигателя |
RU2741491C2 (ru) * | 2016-11-09 | 2021-01-26 | Сафран | Деталь с нанесённым тепловым барьером для газотурбинного двигателя и способ её получения |
RU2759941C2 (ru) * | 2017-03-30 | 2021-11-18 | Сафран | Турбинная деталь из жаропрочного сплава и соответствующий способ изготовления |
USD947630S1 (en) * | 2018-11-15 | 2022-04-05 | Milwaukee Electric Tool Corporation | Wrench |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hardwicke et al. | Advances in thermal spray coatings for gas turbines and energy generation: a review | |
US20210324506A1 (en) | Thermal barrier coating for gas turbine engine components | |
CN103668191B (zh) | 一种热障涂层的制备方法 | |
EP3074619B1 (en) | Method of providing a self-healing coating | |
US20070224443A1 (en) | Oxidation-resistant coating and formation method thereof, thermal barrier coating, heat-resistant member, and gas turbine | |
EP3058183B1 (en) | Segmented ceramic coating interlayer | |
WO2009119345A1 (ja) | 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン | |
CN105463453B (zh) | 一种界面稳定的热障涂层及其制备方法 | |
Tailor et al. | Development of a new TBC system for more efficient gas turbine engine application | |
CN104487612B (zh) | 具有多孔钨青铜结构底层的热障涂层系统 | |
JP6386740B2 (ja) | セラミック粉末及びそのための方法 | |
JP2013127117A (ja) | ニッケル−コバルト基合金及びボンドコート並びに該合金を含むボンドコート物品 | |
US20180230842A1 (en) | Outer Airseal Abradable Rub Strip | |
JP2021191899A (ja) | 基材上に高温保護層を接合するための付着促進層、並びにそれの製造方法 | |
RU88389U1 (ru) | Лопатка турбины газотурбинного двигателя с жаростойким покрытием | |
EP2778250A2 (en) | Coating systems and methods therefor | |
CN102766837A (zh) | 一种新型热障涂层 | |
Liu et al. | Composite structure of YSZ embedded in NiCoCrAlTaY bond coat induces thin and multilayered Al2O3 film to extend the thermal cycle life of thermal barrier coatings | |
US20100266772A1 (en) | Methods of forming coating systems on superalloy turbine airfoils | |
US9546566B2 (en) | Part comprising a coating on a superalloy metal substrate, the coating including a metal underlayer | |
Wu et al. | Degradation mechanisms of an advanced jet engine service-retired TBC component | |
JP5164250B2 (ja) | 遮熱コーティング部材とその製造方法 | |
Stolle | Conventional and advanced coatings for turbine airfoils | |
RU2349679C1 (ru) | Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на лопатки турбин гтд | |
RU148613U1 (ru) | Компрессорная лопатка газотурбинного двигателя с защитным покрытием |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100707 |