UA81513C2 - Металеве покриття та спосіб його нанесення - Google Patents

Металеве покриття та спосіб його нанесення Download PDF

Info

Publication number
UA81513C2
UA81513C2 UAA200600684A UAA200600684A UA81513C2 UA 81513 C2 UA81513 C2 UA 81513C2 UA A200600684 A UAA200600684 A UA A200600684A UA A200600684 A UAA200600684 A UA A200600684A UA 81513 C2 UA81513 C2 UA 81513C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
coating
present
owag
tantalum
tungsten
Prior art date
Application number
UAA200600684A
Other languages
English (en)
Russian (ru)
Inventor
Альберт Біерс Рассел
А. Ноетзел Аллан
Кхан Абдус
Original Assignee
United Technologies Corp
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
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of UA81513C2 publication Critical patent/UA81513C2/uk

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12944—Ni-base component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Даний винахід стосується металевого покриття, яке призначене для нанесення на деталі газотурбінного двигуна та способу його нанесення. Згідно з способом наносять покриття, в якому спочатку створюють підкладку щонайменше з одного з металевих матеріалів на основі нікелю, кобальту або заліза, а потім наносять на підкладку покривний шар. Покривний шар наносять наступного складу: від 3,0 до 18 мас. % хрому, від 5,0 до 15 мас. % алюмінію, від 0,1 до 1,0 мас. % ітрію, до 0,6 мас. % гафнію, від 3,0 до 10 мас. % танталу, до 9,0 мас. % вольфраму, від 1,0 до 6,0 мас. % ренію, а решту становить нікель.

Description

Даний винахід стосується стійкого до окиснення і зносу металевого покриття для захисту високотемпературних деталей газотурбінного двигуна.
У минулому були розроблені різні металеві покриття для захисту високотемпературних деталей газотурбінного двигуна від окиснення. Ці покриття часто виготовляються на основі різних алюмінідних композицій, у яких основним металом є нікель або кобальт. Альтернативно, вони основані на покриттях з напилюванням на основі МОгГА!, де М є нікелем, кобальтом, залізом або комбінацією цих матеріалів. Ці системи покриття мають недоліки, які перешкоджають їх використанню на найновіших удосконалених деталях турбіни. Дифузійні алюмініди, які мають хорошу стійкість до зносу, зазвичай мають недостатню стійкість до окиснення при дуже високій температурі (вище 2000 градусів за Фаренгейтом). Покриття на основі МОгГАЇ звичайно мають серйозні недоліки щодо зносу, які обмежують їх застосування. Додавання активних елементів до покриттів з МОСгА! не тільки забезпечує достатню стійкість до окиснення, але й робить їх хорошими кандидатами на роль з'єднувальних покриттів для теплоізолювальних керамічних покриттів. Хоча й алюмінідні покриття, і покриття з МСГА! мають широко розповсюджене застосування, нове покриття, яке об'єднало б кращі властивості обох покриттів, могло б негайно застосовуватися на вдосконалених деталях турбіни, де повинні бути мінімізовані знос, тягова вага й окиснення.
Найбільш близьким по суті та досягаемому результату до металевого покриття та способу нанесення зовнішнього покриття на субстрат, які заявляються, є алюмінідне покриття та спосіб його нанесення, що включає одержання матеріалу субстрату та наступне нанесення на нього композиції металевого покриття, що описані |в патенті США Ме5514482, кл. МПК ВО503/02, 3/06, В21039/00, 1996р.|.
Недоліком відомого покриття та способу його нанесення є те що, відоме покриття та спосіб його нанесення не дають можливості зменшити термічну невідповідність між покриттям та субстратом, на який його наносять, та не забезпечують високої стійкості до окиснення та зносу утвореного на поверхні субстрату зовнішнього покриття.
Відповідно, задача даного винаходу полягає в тому, щоб розробити композицію металевого покриття та спосіб його нанесення, які забезпечують чудові характеристики стійкості до окиснення і зносу.
Інша задача даного винаходу полягає в тому, щоб розробити композицію покриття та спосіб його нанесення на субстрат, які зменшують невідповідність теплового розширення між сплавами покриття та іншими деталями турбіни.
Технічний результат, який досягається завдяки даному винаходу, полягає в зменшенні невідповідності теплового розширення між матеріалом покриття та субстратом, а також в підвищення стійкості до окиснення та зносу одержаного покриття, що, в свою чергу, дає можливість збільшити термін роботи покриття приблизно до 4000год.
Вищеописані задачі досягаються завдяки покриттю та способу нанесення зовнішнього покриття на субстрат згідно з даним винаходом.
Поставлена задача стосовно металевого покриття досягається тим, металеве покриття, що включає метали, згідно з винаходом, містить до 18ваг.9о кобальту, від 3,0 до 18ваг.бо хрому, від 5,0 до 15ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.9о ітрію, до 0,бваг.9о гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 10ваг.9о танталу, до 9,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 6,Оваг.9о ренію, до 10ваг.9о молібдену і решту нікелю.
Крім того, загальна кількість вищезгаданого танталу і вищезгаданого вольфраму знаходиться в межах від 3,0 до 16,Оваг.90.
Крім того, вищезгаданий кобальт присутній у кількості менше 15ваг.9о, вищезгаданий хром присутній у кількості від 5,0 до 18ваг.9о, вищезгаданий алюміній присутній у кількості від 5,0 до 12ваг.9о5 і вищезгаданий вольфрам присутній у кількості менше 5,Оваг.90о.
Крім того, вищезгаданий кобальт присутній у кількості від 2,0 до 18ваг.9о, вищезгаданий хром присутній у кількості від 3,0 до 1Оваг.9о, вищезгаданий алюміній присутній у кількості від 5,5 до 15ваг.9о, вищезгаданий реній присутній у кількості від 1,0 до 5,Оваг.9о і вищезгаданий молібден присутній у кількості від 0,2 до 4 Оваг.9о.
Крім того, загальна кількість вищезгаданого танталу і вищезгаданого вольфраму знаходиться в межах від 4,0 до 16бваг.9б5.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що має композицію, яка складається в основному з до 15ваг.9о кобальту, від 5,0 до 18ваг.9о хрому, від 5,0 до 12ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.бо ітрію, до О,бваг.9о гафнію, до О,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1Оваг.9о танталу, до 5,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 6,Оваг.9о ренію, до 10ваг.95 молібдену і решти нікелю.
Крім того, загальна кількість вищезгаданого танталу і вищезгаданого вольфраму знаходиться в межах від 3,0 до 12ваг.905.
Крім того, загальна кількість вищезгаданого танталу і вищезгаданого вольфраму знаходиться в межах від 5,0 до 9,Оваг.Оо.
Крім того, вищезгаданий кобальт присутній у кількості менше 2,0ваг.9о, вищезгаданий хром присутній у кількості від 10 до 15ваг.9о, вищезгаданий алюміній присутній у кількості від 6,0 до 1Оваг.9о, вищезгаданий ітрій присутній у кількості від 0,2 до 0,7ваг.9о, вищезгаданий гафній присутній у кількості від 0,2 до О0,бваг.9о, вищезгаданий кремній присутній у кількості не більше 0,1ваг.9о і вищезгаданий тантал присутній у кількості від 5,0 до 7,Оваг.Ою.
Крім того, вищезгаданий хром присутній у кількості 12,5ваг.95 і тим, що вищезгаданий алюміній присутній у кількості 8,Оваг.9ю.
Крім того, вищезгаданий ітрій присутній у кількості від 0,4 до 0,7ваг.9о і вищезгаданий гафній присутній у кількості 0,4ваг.ю.
Крім того, вищезгаданий реній присутній у кількості від 1,0 до 3,5ваг.9о, оптимально в кількості 2,Оваг.95.
Крім того, вищезгаданий молібден присутній у кількості не більше 4,Оваг.95.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що складається в основному з до 2,Оваг.9о кобальту, від 10 до 15ваг.9о хрому, від 6,0 до 10ваг.9о алюмінію, від 0,2 до 0,7ваг.9о ітрію, від 0,2 до
0,6 гафнію, від 0,001 до 0,1ваг.9о кремнію, від 5,0 до 7,Оваг.9о танталу, від 1,0 до 4,Оваг.о вольфраму, від 1,0 до 3,5ваг.2о ренію, до 4,Оваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий вольфрам і тантал присутні в загальній кількості в межах від 5,0 до 9,Оваг.9ю.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що складається з 12,5ваг.9о хрому, 8,0Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, 0,4ваг.9о гафнію, 6б,Оваг.9о танталу, 2,Оваг.9о вольфраму, 2,Оваг.9о ренію і решти нікелю.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що складається в основному з від 2,0 до 18ваг.9о кобальту, від 3,0 до 10ваг.9о хрому, від 5,5 до 15ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,О0ваг.9о ітрію, до 0,бваг.9о гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1Оваг.9о танталу, від 1,0 до 9,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 5,Оваг.9о ренію, від 0,2 до 4,Оваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий тантал і вищезгаданий вольфрам присутні в загальній кількості в межах від 4,0 до 16ваг.9о.
Крім того, вищезгаданий тантал і вищезгаданий вольфрам присутні в загальній кількості в межах від 7,0 до 12ваг.9о.
Крім того, вищезгаданий тантал і вищезгаданий вольфрам присутні в загальній кількості 11ваг.9ою.
Крім того, вищезгаданий кобальт присутній у кількості від 8,0 до 12ваг.9о, вищезгаданий хром присутній у кількості від 4,0 до 6,5ваг.9о, вищезгаданий алюміній присутній у кількості від 7,5 до 12,5ваг.9о, вищезгаданий ітрій присутній у кількості від 0,2 до 0,7ваг.9о, вищезгаданий гафній присутній у кількості від 0,2 до 0О,бваг.9о, вищезгаданий кремній присутній у кількості не більше 0,1ваг.9о і вищезгаданий тантал присутній у кількості від 5,0 до 7,Оваг.Ою.
Крім того, вищезгаданий кобальт присутній у кількості 10,5ваг.9о, вищезгаданий хром присутній у кількості 5,Оваг.9о, вищезгаданий алюміній присутній у кількості 9,Оваг.9о, вищезгаданий ітрій присутній у кількості від 0,4 до 0,7ваг.уо, вищезгаданий гафній присутній у кількості О0,4ваг.о і вищезгаданий тантал присутній у кількості б,Оваг. в.
Крім того, вищезгаданий вольфрам присутній у кількості від 4,2 до 5,8ваг.9о, вищезгаданий реній присутній у кількості від 2,3 до 3,7ваг.9о і вищезгаданий молібден присутній у кількості від 1,4 до 2,Оваг.9ю.
Крім того, вищезгаданий вольфрам присутній у кількості 5,0ваг.9о, вищезгаданий реній присутній у кількості З,Оваг.9о і вищезгаданий молібден присутній у кількості 1,7ваг.о.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що має композицію, яка складається в основному з від 8,0 до 12ваг.9о кобальту, від 4,0 до б,5ваг.бо хрому, від 7,5 до 12,5ваг.9о алюмінію, від 0,2 до 0,7ваг.9о ітрію, від 0,2 до 0,бваг.9о гафнію, до О,Зваг.9о кремнію, від 5,0 до 7,Оваг.9о танталу, від 4,2 до 5,8ваг.о вольфраму, від 2,3 до 3,7ваг.9о ренію, від 1,4 до 2,0ваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий тантал і вищезгаданий вольфрам присутні в загальній кількості в межах від 7,0 до 12ваг.9о.
Варіантом стійкого до окиснення і зносу металевого покриття є покриття, що складається з 10,5ваг.9о кобальту, 5,О0ваг.9о хрому, 9,Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, 04ваг.9о гафнію, 0О,1ваг.9о кремнію, б,Оваг.9о танталу, 5,Оваг.9о вольфраму, З,Оваг.9о ренію, 1,7ваг.9о молібдену і решти нікелю.
Поставлена задача стосовно способу нанесення зовнішнього покриття на субстрат, досягається тим, що в способі нанесення зовнішнього покриття на субстрат, що включає одержання матеріалу субстрату та наступне нанесення на нього покриття, згідно з винаходом, одержують матеріал субстрату з щонайменше з одного металевого матеріалу на основі нікелю, кобальту і заліза і наносять на вищезгаданий субстрат покриття, що має композицію, яка складається в основному з до 18ваг.9о кобальту, від 3,0 до 18ваг.9о хрому, від 5,0 до 15ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.9о ітрію, до О,бваг.9о гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1О0ваг.9о танталу, до 9,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 6,Оваг.9о ренію, до 10ваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий етап нанесення виконують з використанням процесу катодного плазмово- дугового напилення або методики плазмового напилення при низькому тиску.
Крім того, вищезгаданий етап нанесення включає нанесення покриття, що має композицію, яка складається в основному з до 15ваг.95 кобальту від 5,0 до 18ваг.95 хрому, від 5,0 до 12ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.бо ітрію, до О,бваг.9о гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1О0ваг.9о танталу, до 5,Оваг.9Уо вольфраму, від 1,0 до 6,Оваг.9о ренію, до 10ваг.95 молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий етап нанесення включає нанесення покриття, що має композицію, яка складається в основному з до 2,0ваг.95 кобальту, від 10 до 15ваг.9о хрому, від 6,0 до 1Оваг.95 алюмінію, від 0,2 до 0,7ваг.бо ітрію, від 0,2 до О,бваг.9о гафнію, до 0О,1ваг.9о кремнію, від 5,0 до 7,Оваг.9о танталу, від 1,0 до 4 Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 3,5ваг.95 ренію, до 4,Оваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий етап нанесення включає нанесення покриття, що має композицію, яка складається в основному з від 2,0 до 18ваг.9о кобальту, від 3,0 до 10ваг.9о хрому, від 5,5 до 15ваг.9о алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.9о ітрію, до О,бваг.9о гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1О0ваг.9о танталу, від 1,0 до 9,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 5,0ваг.9о ренію, від 0,2 до 4,Оваг.9о молібдену і решти нікелю.
Крім того, вищезгаданий етап нанесення включає нанесення покриття, що має композицію, яка складається в основному з від 8,0 до 12ваг.9о кобальту, від 4,0 до б,5ваг.Уо хрому, від 7,5 до 12,5ваг.9о алюмінію, від 0,2 до 0,7ваг.9о ітрію, від 0,2 до 0,бваг.9о гафнію, до О,Зваг.9о кремнію, від 5,0 до 7,Оваг.9о танталу, від 4,2 до 5,8ваг.о вольфраму, від 2,3 до З3,7ваг.9о ренію, від 1,4 до 2,Оваг.95 молібдену і решти нікелю.
Деталі газової турбіни виготовляються зі сплавів на основі нікелю, кобальту і заліза. Через украй високу температуру середовищ, у яких працюють ці деталі, необхідно забезпечити їм захисне покриття. Покриття повинні мати композицію, яка мінімізує вплив зносу на деталі газової турбіни, на які вони нанесені, і одночасно забезпечувати максимальні характеристики стійкості до окиснення. Покриття також повинне бути таким, у якому мінімізована невідповідність теплового розширення між покриттям і сплавом(ами), використаним для виробництва деталей газової турбіни. Ця невідповідність є однією з причин поганих характеристик зносу покрить з МОГАЇ.
Відповідно до даного винаходу були розроблені металеві покриття, які зменшують теплову невідповідність і забезпечують бажану стійкість до окиснення і зносу. Ці металеві покриття мають композицію, яка взагалі складається в основному з до 18ваг.95 кобальту, від 3,0 до 18ваг.9о хрому, від 5,0 до 15ваг.95 алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.бо ітрію, до О,бваг.9о гафнію, до О,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1Оваг.9о танталу, до 9,Оваг.9о вольфраму, від 1,0 до 6,Оваг.9о ренію, до 10ваг.9о молібдену, і решти нікелю. У цих покриттях вольфрам і тантал присутні в загальній кількості в межах від 3,0 до 16бваг.90.
У вищеописаних загальних композиціях покриття перша група особливо корисних покриттів для деталей газової турбіни має композицію, яка складається в основному з до 15ваг.9о, оптимально 2,0ваг.9о або менше, кобальту, від 5,0 до 18ваг.9о, оптимально від 10 до 15ваг.9о, хрому, від 5,0 до 12ваг.95, оптимально від 6,0 до 1Оваг.95, алюмінію, від 0,1 до 1,Оваг.9о, оптимально від 0,2 до 0,7ваг.9бо, ітрію, до 0,бваг.9о, оптимально від 0,2 до 0,бваг.9о, гафнію, до 0,Зваг.9о, оптимально 0,1ваг.9о або менше, кремнію, від 3,0 до 10ваг.9о, оптимально від 5,0 до 7,Оваг.Уо, танталу, до 5,О0ваг.бо, оптимально від 1,0 до 4,Оваг.9о, вольфраму, від 1,0 до 6,0, оптимально від 1,0 до 3,5ваг.9о, ренію, до 1Оваг.9о, опгимально 4,О0ваг.бо або менше, молібдену, і решти нікелю. Загальна кількість танталу й вольфраму в цих металевих покриттях знаходиться в межах від 3,0 до 12ваг.оо і оптимально в межах від 5,0 до 9 ,Оваг.905.
У цій першій групі покриттів особливо корисна композиція покриття складається з 12,5ваг.95 хрому, 8,Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, О,4ваг.9о гафнію, б,Оваг.9о танталу, 2,Оваг.9о вольфраму, 2,Оваг.9о ренію і решти нікелю.
Друга група особливо корисних композицій металевого покриття містить від 2,0 до 18ваг.9о, оптимально від 8,0 до 12ваг.95, кобальту, від 3,0 до 1Оваг.95, оптимально від 4,0 до 6,5ваг.9о, хрому, від 5,5 до 15ваг.95, оптимально від 7,5 до 12,5ваг.9о, алюмінію, від 0,1 до 1,0ваг.9о, оптимально від 0,2 до 0,7ваг.9о, ітрію, до
О,бваг.9о, оптимально від 0,2 до 0,бваг.9о, гафнію, до 0,Зваг.9о кремнію, від 3,0 до 1Оваг.9о, оптимально від 5,0 до 7,Оваг.9о, танталу, від 1,0 до 9,Оваг.9о, оптимально від 4,2 до 5,8ваг.9о, вольфраму, від 1,0 до 5,Оваг.9о, оптимально від 2,3 до 3,7ваг.9о, ренію, від 0,2 до 4,Оваг.9о, оптимально від 1,4 до 2,0ваг.9о, молібдену, і решту нікелю. Загальна кількість вольфраму і танталу в цих покриттях складає від 3,0 до 12ваг.95, оптимально від 5,0 до 9,Оваг.9о.
У цій другій групі покриттів особливо корисна композиція покриття складається з 10,5ваг.9о кобальту, 5,Оваг.оо хрому, 9,Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, О,4ваг.9о гафнію, 0,1ваг.9о кремнію, б,Оваг.9о танталу, 5,Оваг.9о вольфраму, З3,Оваг.9о ренію, 1,7ваг.9о молібдену і решти нікелю.
Причиною поганих характеристик зносу покриття є надмірна товщина покриття. Типові способи нанесення верхнього шару покриттів включають методи термічного напилення, наприклад, плазмове напилення при низькому тиску (ГРУ), яке створює товщини покриття в межах від 0,1мм до 0,Змм. Використовуючи методи катодного плазмово-дугового вакуумного напилення, можливо наносити покриття з вищезгаданими композиціями, які мають товщину 0,05мм. Методи нанесення покриттів даного винаходу за допомогою катодного плазмово-дугового вакуумного напилення описані |в Патентах США Мое5,972,185; 5,932,078; 6,036,828; 5,792,267 і 6,224,726), всі з яких включаються до даного документа шляхом посилання. Можуть використовуватися альтернативні методи напилення, у тому числі інші методи плазмового вакуумного напилення, такі як магнетронне розпилення й електронно-променеве плазмове вакуумне напилення. Якщо товщина не має значення, можуть використовуватися різні методи термічного напилення, такі як методи плазмового напилення при низькому тиску і НМОЕ (високошвидкісного киснево-паливного напилення).
Покриття, що мають композиції згідно з даним винаходом, продемонстрували стійкість до теплової втоми, яка дорівнює кращому стійкому до зносу дифузійному алюмінідному покриттю. Нижченаведена таблиця ілюструє результати випробування на циклічне окиснення в камері згоряння при температурі 2100 градусів за
Фаренгейтом, яке порівнює композиції згідно з даним винаходом з іншими композиціями покриття.
Випробування на циклічне окиснення в камері згоряння при температурі 2100 градусів за фаренгейтом
Термін служби покриття як Збій системи (3С) яж
ТС од) 7699 2 | 0084 | -:(х 3060 | 1855 | 2 щ-( 3622 | 2195. Щ 696 | 0062 | (Б 66 щ - | 52 | 805... Щщ | 657 "х Приведені до товщини покриття 0,051 мм.
Зразки, зроблені з матеріалу 701, мали композицію, що складається з 12,5ваг.9о хрому, 8,Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, О,4ваг.9о гафнію, б,Оваг.9о танталу, 2,О0ваг.бо вольфраму, 2,Оваг.9о ренію і решти нікелю.
Зразки, зроблені з матеріалу 702, мали композицію, що складається з 10,5ваг.9о кобальту, 5,0ваг.9о хрому, 9,Оваг.9о алюмінію, від 0,4 до 0,7ваг.9о ітрію, 0,4ваг.9о гафнію, 0,1ваг.9о кремнію, 6б,Оваг.9о танталу, 5,Оваг.9о вольфраму, З,Оваг.9о ренію, 1,7ваг.9о молібдену і решти нікелю. Зразки, позначені 703, мали композицію, що складається з 7,Оваг.бо хрому, 6б,Оваг.9о алюмінію, 5,5ваг.о вольфраму, 4,Оваг.9о танталу, 2,Оваг.бо ренію, 4 Оваг.9о рутенію, 0,5ваг.9о молібдену, 0,4ваг.9о гафнію, 0,25ваг.9о ітрію і решти нікелю.
Зразки, позначені 699, є композиціями з МіСостАЇ! з ренієм і танталом. Зразки, позначені 700, 697, 695 і 696, є композиціями з МІіАЇ з 2-4ваг.9о хрому, від 0,2 до 0,бваг.95 ітрію і О0,4ваг.9о гафнію. Зразки, позначені РУУА 275, є звичайними низькоактивними МіАїЇ алюмінідами.
Умови випробувань: 57 хвилин при 2100 градусах за Фаренгейтом і З хвилини примусового повітряного охолодження щогодини. У камері згоряння використовували подачу підігрітого стисненого повітря, змішаного з реактивним паливом УРЗ для нагрівання зразків у динамічному навколишньому середовищі.
Очевидно, що відповідно до даного винаходу було забезпечене стійке до окиснення і зносу металеве покриття, яке повністю відповідає цілям, засобам і перевагам, викладеним вище. Хоча даний винахід був описаний у контексті його окремих варіантів втілення, інші альтернативні варіанти, модифікації і зміни стануть очевидні для фахівців у даній області техніки, що прочитали попередній опис. Відповідно, передбачається охопити альтернативні варіанти, модифікації і зміни, які входять у широкий обсяг формули винаходу, що додається.

Claims (4)

1. Металеве покриття, що має стійкість до окиснення і зносу, яке відрізняється тим, що має наступний склад,
має. 90: хром 3,0-18 алюміній 5,0-15 ітрій 0,1-1,0 гафній до 0,6 тантал 3,0-10 вольфрам до 9,0 реній 1,0-6,0 нікель решта.
2. Металеве покриття за п. 1, яке відрізняється тим, що воно має наступний склад, мас. 9о: хром 12,5 алюміній 8,0 ітрій 0,4-0,7 гафній 0,4 тантал 6,0 вольфрам 2,0 реній 2,0 нікель решта.
З. Спосіб нанесення покриття, в якому спочатку створюють підкладку щонайменше з одного з металевих матеріалів на основі нікелю, кобальту або заліза, а потім наносять на підкладку покривний шар, який відрізняється тим, що наносять покривний шар наступного складу: від 3,0 до 18 мас. 9о хрому, від 5,0 до 15 мас. до алюмінію, від 0,1 до 1,0 мас. 95 ітрію, до 0,6 мас. 95 гафнію, від 3,0 до 10 мас. 95 танталу, до 9,0 мас. 905 вольфраму, від 1,0 до 6,0 мас. 95 ренію, а решту становить нікель.
4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що нанесення покривного шару виконують за допомогою катодного дугового процесу або процесу плазмового напилення при низькому тиску.
UAA200600684A 2002-05-07 2003-05-05 Металеве покриття та спосіб його нанесення UA81513C2 (uk)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/141,684 US6919042B2 (en) 2002-05-07 2002-05-07 Oxidation and fatigue resistant metallic coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA81513C2 true UA81513C2 (uk) 2008-01-10

Family

ID=29249819

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA200600684A UA81513C2 (uk) 2002-05-07 2003-05-05 Металеве покриття та спосіб його нанесення
UA2003054054A UA75895C2 (uk) 2002-05-07 2003-05-05 Металеве покриття та спосіб його нанесення

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2003054054A UA75895C2 (uk) 2002-05-07 2003-05-05 Металеве покриття та спосіб його нанесення

Country Status (14)

Country Link
US (2) US6919042B2 (uk)
EP (1) EP1361291B1 (uk)
JP (1) JP4149845B2 (uk)
KR (1) KR100545734B1 (uk)
CN (1) CN1231544C (uk)
AT (1) ATE466968T1 (uk)
CA (1) CA2427550C (uk)
DE (1) DE60332413D1 (uk)
IL (2) IL155600A0 (uk)
RU (1) RU2249060C2 (uk)
SG (1) SG108917A1 (uk)
TW (1) TWI228151B (uk)
UA (2) UA81513C2 (uk)
ZA (1) ZA200303348B (uk)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6919042B2 (en) * 2002-05-07 2005-07-19 United Technologies Corporation Oxidation and fatigue resistant metallic coating
US6905559B2 (en) * 2002-12-06 2005-06-14 General Electric Company Nickel-base superalloy composition and its use in single-crystal articles
US7641985B2 (en) * 2004-06-21 2010-01-05 Siemens Energy, Inc. Boron free joint for superalloy component
US7259350B2 (en) * 2004-08-26 2007-08-21 United Technologies Corporation Turbine component crack repair using cathodic arc and/or low pressure plasma spraying and HIP
US20060042082A1 (en) * 2004-08-26 2006-03-02 Michael Minor Turbine component restoration using cathodic ARC/LPPS
EP2653588A3 (en) * 2005-03-28 2013-11-13 National Institute for Materials Science Material for heat resistant component
US20100008790A1 (en) * 2005-03-30 2010-01-14 United Technologies Corporation Superalloy compositions, articles, and methods of manufacture
US7476450B2 (en) * 2006-03-24 2009-01-13 United Technologies Corporation Coating suitable for use as a bondcoat in a thermal barrier coating system
US7846243B2 (en) 2007-01-09 2010-12-07 General Electric Company Metal alloy compositions and articles comprising the same
US7931759B2 (en) 2007-01-09 2011-04-26 General Electric Company Metal alloy compositions and articles comprising the same
US7727318B2 (en) 2007-01-09 2010-06-01 General Electric Company Metal alloy compositions and articles comprising the same
US7892652B2 (en) * 2007-03-13 2011-02-22 United Technologies Corporation Low stress metallic based coating
US20090022259A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-22 General Electric Company Fuel rod with wear-inhibiting coating
JP2009242836A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 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
US8641963B2 (en) 2008-07-08 2014-02-04 United Technologies Corporation Economic oxidation and fatigue resistant metallic coating
US20110076179A1 (en) * 2009-03-24 2011-03-31 O'hara Kevin Swayne Super oxidation and cyclic damage resistant nickel-base superalloy and articles formed therefrom
EP2239346A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-13 Siemens Aktiengesellschaft Slurry composition for aluminising a superalloy component
US8354176B2 (en) 2009-05-22 2013-01-15 United Technologies Corporation Oxidation-corrosion resistant coating
EP2330349B1 (en) * 2009-12-01 2018-10-24 Siemens Aktiengesellschaft Pilot burner of a gas turbine engine, combustor, and gas turbine engine
US20110256421A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 United Technologies Corporation Metallic coating for single crystal alloys
US8708659B2 (en) 2010-09-24 2014-04-29 United Technologies Corporation Turbine engine component having protective coating
CN102069355B (zh) * 2010-12-27 2012-01-18 北京工业大学 一种镐形截齿的生产方法
CN109339970A (zh) * 2011-10-31 2019-02-15 费德罗-莫格尔有限责任公司 涂层活塞以及一种制造涂层活塞的方法
RU2476616C1 (ru) * 2011-11-18 2013-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением
US20160214350A1 (en) 2012-08-20 2016-07-28 Pratt & Whitney Canada Corp. Oxidation-Resistant Coated Superalloy
CN105209662B (zh) * 2013-03-01 2018-06-01 西门子公司 抗氧化性提高的高温结合涂层
DE102013209189A1 (de) * 2013-05-17 2014-11-20 Siemens Aktiengesellschaft Schutzbeschichtung und Gasturbinenkomponente mit der Schutzbeschichtung
EP3080329B1 (en) * 2013-12-10 2023-04-05 Raytheon Technologies Corporation Chromizing over cathodic arc coating
US10266958B2 (en) 2013-12-24 2019-04-23 United Technologies Corporation Hot corrosion-protected articles and manufacture methods
US11427904B2 (en) 2014-10-20 2022-08-30 Raytheon Technologies Corporation Coating system for internally-cooled component and process therefor
US20170198601A1 (en) 2016-01-12 2017-07-13 United Technologies Corporation Internally cooled ni-base superalloy component with spallation-resistant tbc system
CN106853436B (zh) * 2016-12-29 2020-05-19 宁夏东方钽业股份有限公司 一种钼基复合涂层及其制备方法
CN110396623B (zh) * 2018-04-25 2021-09-17 中国科学院金属研究所 一种适用于单晶镍基高温合金叶片的高温防护涂层材料
RU2684000C1 (ru) * 2018-05-16 2019-04-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
CN108677149A (zh) * 2018-06-23 2018-10-19 西安文理学院 一种高耐磨防腐pvd涂层工艺
CA3129143A1 (en) * 2019-03-07 2020-09-10 Oerlikon Metco (Us) Inc. Advanced bond coat materials for tbc with improved thermal cyclic fatigue and sulfidation resistance

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4116723A (en) * 1976-11-17 1978-09-26 United Technologies Corporation Heat treated superalloy single crystal article and process
US6054096A (en) * 1982-12-27 2000-04-25 United Technologies Corporation Stable heat treatable nickel superalloy single crystal articles and compositions
US5043138A (en) * 1983-12-27 1991-08-27 General Electric Company Yttrium and yttrium-silicon bearing nickel-base superalloys especially useful as compatible coatings for advanced superalloys
US5514482A (en) 1984-04-25 1996-05-07 Alliedsignal Inc. Thermal barrier coating system for superalloy components
US5077141A (en) * 1984-12-06 1991-12-31 Avco Corporation High strength nickel base single crystal alloys having enhanced solid solution strength and methods for making same
DE3571149D1 (en) * 1985-03-13 1989-07-27 Gen Electric Yttrium and yttrium-silicon bearing nickel-base superalloys especially useful as compatible coatings for advanced superalloys
DE3683091D1 (de) 1985-05-09 1992-02-06 United Technologies Corp Schutzschichten fuer superlegierungen, gut angepasst an die substrate.
US5316866A (en) 1991-09-09 1994-05-31 General Electric Company Strengthened protective coatings for superalloys
US5561827A (en) * 1994-12-28 1996-10-01 General Electric Company Coated nickel-base superalloy article and powder and method useful in its preparation
JP2002167636A (ja) * 2000-10-30 2002-06-11 United Technol Corp <Utc> 接合被覆なしに断熱被覆を保持できる低密度耐酸化性超合金材料
US20030152814A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-14 Dinesh Gupta Hybrid thermal barrier coating and method of making the same
US6919042B2 (en) * 2002-05-07 2005-07-19 United Technologies Corporation Oxidation and fatigue resistant metallic coating

Also Published As

Publication number Publication date
DE60332413D1 (de) 2010-06-17
ATE466968T1 (de) 2010-05-15
KR20030087581A (ko) 2003-11-14
US6919042B2 (en) 2005-07-19
CA2427550C (en) 2008-04-22
CN1231544C (zh) 2005-12-14
JP4149845B2 (ja) 2008-09-17
UA75895C2 (uk) 2006-06-15
EP1361291A2 (en) 2003-11-12
IL182845A0 (en) 2007-08-19
CN1483769A (zh) 2004-03-24
JP2003328061A (ja) 2003-11-19
TW200306355A (en) 2003-11-16
RU2249060C2 (ru) 2005-03-27
US7361302B2 (en) 2008-04-22
US20050106332A1 (en) 2005-05-19
EP1361291B1 (en) 2010-05-05
SG108917A1 (en) 2005-02-28
IL155600A0 (en) 2003-11-23
ZA200303348B (en) 2003-11-04
CA2427550A1 (en) 2003-11-07
TWI228151B (en) 2005-02-21
KR100545734B1 (ko) 2006-01-24
EP1361291A3 (en) 2004-11-03
US20030211356A1 (en) 2003-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA81513C2 (uk) Металеве покриття та спосіб його нанесення
KR100354411B1 (ko) 부식,산화및과도한열응력으로부터부품을보호하기위한보호층및그제조방법
US9382605B2 (en) Economic oxidation and fatigue resistant metallic coating
US4346137A (en) High temperature fatigue oxidation resistant coating on superalloy substrate
US5582635A (en) High temperature-resistant corrosion protection coating for a component in particular a gas turbine component
US4861618A (en) Thermal barrier coating system
US6964791B2 (en) High-temperature articles and method for making
CA1101698A (en) Gas turbine blade tip alloy
US6475642B1 (en) Oxidation-resistant coatings, and related articles and processes
JPS6136061B2 (uk)
KR20040014223A (ko) 분산 강화 금속 결합 코팅을 이용한 열 차단 코팅
JPS61501637A (ja) 高温材料の製造方法
US7666516B2 (en) Ceramic thermal barrier coating
AU594521B2 (en) Thermal barrier coating system
KR20030068054A (ko) 혼성 열 차단 코팅 및 그 제조 방법
WO2011132596A1 (ja) 耐熱部材
EP2253738A1 (en) Oxidation-corrosion resistant coating
US5783315A (en) Ti-Cr-Al protective coatings for alloys
JPH09241818A (ja) タービン部材の耐摩耗コーティング
Abraimov et al. Effect of High-Temperature Coatings on the Reliability Characteristics of GTE Blade Elements
JP3353035B2 (ja) 断熱皮膜系
KR20000016211A (ko) 초합금으로 이루어진 베이스 구조물 및 오버레이 시스템을포함하는 생성물 및 그 제조 방법
US20070231595A1 (en) Coatings for molybdenum-based substrates
Muboyadzhyan et al. Ion-plasma diffusion aluminide coatings for gas turbine blades (structure and properties)
RU2190691C2 (ru) Способ защиты лопаток газовых турбин