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
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018138 Al-Y Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017488 Cu K Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017541 Cu-K Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Me-Cr-Al-Y Chemical compound 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (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 |
|---|---|---|
| Doleker et al. | TGO growth and kinetic study of single and double layered TBC systems | |
| Doleker et al. | Evaluation of oxidation and thermal cyclic behavior of YSZ, Gd2Zr2O7 and YSZ/Gd2Zr2O7 TBCs | |
| Liu et al. | Composite ceramics thermal barrier coatings of yttria stabilized zirconia for aero-engines | |
| Hardwicke et al. | Advances in thermal spray coatings for gas turbines and energy generation: a review | |
| EP3074619B1 (en) | Method of providing a self-healing coating | |
| EP2893148B1 (en) | Thermal barrier coating for gas turbine engine components | |
| 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 | |
| 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 | |
| Tailor et al. | Development of a new TBC system for more efficient gas turbine engine application | |
| CN105463453B (zh) | 一种界面稳定的热障涂层及其制备方法 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| Walston | Coating and surface technologies for turbine airfoils | |
| Wu et al. | Degradation mechanisms of an advanced jet engine service-retired TBC component | |
| Stolle | Conventional and advanced coatings for turbine airfoils | |
| JP5164250B2 (ja) | 遮熱コーティング部材とその製造方法 | |
| RU2349679C1 (ru) | Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на лопатки турбин гтд | |
| JP5281995B2 (ja) | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100707 |