close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2979

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2979
(13)
C1
(51)
(12)
6
C 23C 4/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
(21) Номер заявки: 970629
(22) 1997.11.18
(46) 1999.09.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательский
институт порошковой металлургии
опытным производством (BY)
с
(72) Авторы: Оковитый
В.А.,
Ивашко
В.С.,
Ильющенко А.Ф., Соболевский С.Б. (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с
опытным производством (BY)
(57)
Способ получения теплозащитного покрытия, включающий плазменное нанесение подслоя из сплава кобальт-никель, содержащего хром, алюминий и один из редкоземельных металлов, нанесение основного слоя
частично стабилизированного диоксида циркония, с заданным порораспределением по толщине слоя, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере и окислительный отжиг, отличающийся тем, что перед спеканием производят нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, плазменную или лазерную импульсную обработку с поверхностной плотностью энергии излучения от 800 до 2000 кДж/м2 и
последующее охлаждение ниже температуры начала m-t фазового перехода.
BY 2979 C1
(56)
1. RU 2021388 C1, МПК C 23C 4/00, 1994.
2. RU 2021389 C1, МПК C 23C 4/04, 1994.
3. А.с. СССР 1749311, МПК C 23C 4/12, 1992 (прототип).
Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, в частности к способам плазменного напыления теплозащитных покрытий.
Известны способ нанесения теплозащитных покрытий, включающий плазменное напыление на основу
пластичного жаростойкого подслоя системы Me-Cr-Al-X (где Me - никель, хром, железо или их сплавы, Х редкоземельный металл), и последующее напыление керамического слоя из частично стабилизированного
диоксида циркония [1], способ плазменного напыления металлического подслоя, с напылением перед нанесением основного керамического слоя тонкого слоя керамики, толщиной менее 10 мкм при температуре основы 20-80 °С [2]. Недостатками этих покрытий является недостаточная стойкость к термоциклированию
керамического слоя покрытия.
В качестве прототипа выбран способ получения теплозащитных покрытий [3], включающий нанесение
подслоя из сплава кобальт-никель, содержащего хром, алюминий и иттрий и трехслойного покрытия из частично стабилизированного диоксида циркония при изменении объема пор в направлении от наружного слоя
к внутреннему от 3-5 до 15-18 %, напыление слоя покрытия с наибольшим объемом пор порошком частично
стабилизированного диоксида циркония, восстановленного с поверхности до ZrOx, где 1,0<х<2,0, а после
напыления покрытия проводят спекание в нейтральной атмосфере при 1000-1200 °С в течение 2-4 часов с
последующим окислительным отжигом при 750-900 °С в течение 1-4 часов. Способ позволяет увеличить
стойкость к термоциклированию посредством ступенчатого изменения пористости покрытия. Недостатком
способа является необходимость использования для нанесения слоев покрытия порошков с разным химическим составом, что усложняет процесс нанесения покрытий. Кроме того, пористость и шероховатая поверхность верхнего слоя покрытия снижают стойкость покрытий к термоциклированию.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении стойкости
покрытий к термоциклированию и реализуется путем уменьшения пористости и шероховатости поверхности
керамического слоя покрытия.
BY 2979 C1
Поставленная техническая задача решается следующим образом. В способе получения теплозащитного покрытия, включающем плазменное нанесение подслоя из сплава кобальт-никель, содержащего хром, алюминий и один
из редкоземельных металлов, нанесение основного слоя из частично стабилизированного диоксида циркония с заданным порораспределением по толщине слоя, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере и окислительный отжиг, перед спеканием производят нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, плазменную или лазерную импульсную обработку с поверхностной плотностью энергии излучения от 800 до 2000 кДж/м2
и последующее охлаждение ниже температуры начала m-t фазового перехода.
Изобретение дает возможность повысить стойкость покрытий к термоциклированию, так как плотная и
гладкая «глазурированная» поверхность уменьшает площадь, через которую в покрытие поступает тепловой
поток и обеспечивает «срыв» теплового потока с изделия (например, лопатки газотурбинного двигателя в реальных условиях эксплуатации).
Нагрев покрытия перед импульсной обработкой до температуры не ниже начала фазового m-t (моноклиннаятетрогональная) перехода проводили для обеспечения фиксации в поверхностном слое покрытия метастабильной
тетрагональной фазы ZrO2, которая значительно увеличивает вязкость разрушения покрытия и для предотвращения растрескивания покрытия, вызываемого различными уровнями напряжений в глубине слоя и на поверхности, в
процессе импульсной обработки. Кроме того, увеличивается также теплостойкость оплавленных импульсной обработкой теплозащитных покрытий, что обусловлено увеличением вязкости разрушения быстрозакаленной
керамики и появлением напряжений сжатия во внешнем слое керамического покрытия. При нагреве покрытия до
температуры ниже начала фазового m-t (моноклинная-тетрогональная) перехода в верхнем слое покрытия может
фиксироваться моноклинная фаза, снижающая вязкость разрушения керамики, а перегрев выше начала фазового
m-t (моноклинная-тетрогональная) перехода приводит к укрупнению фиксируемой метастабильной тетрогональной фазы ZrO2.
Операцию импульсной обработки поверхности керамического покрытия проводили с целью снижения
шероховатости и получения плотного, гладкого приповерхностного слоя, характеризующимся высокой мелкодисперсностью тетрогональной фазы ZrO2. При поверхностной плотности энергии излучения импульсной
обработки менее 800 кДж/м2 происходит недостаточное проплавление верхнего слоя покрытия (менее 3
мкм), а при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки более 2000 кДж/м2 на поверхности, обработанной импульсом образуются трещины и наблюдается термическая деструкция материала.
Охлаждение сжатым воздухом до температуры ниже начала фазового m-t (моноклинная-тетрогональная)
перехода приводит к закалке и фиксации в поверхностном слое мелкодисперсной тетрогональной фазы ZrO2.
Пример. На торцевую поверхность образцов из сплава ЖС-30 диаметром 20 мм и толщиной 10 мм наносили теплозащитные покрытия. Нанесение покрытий проводили на специализированном комплекте оборудования.
Перед нанесением покрытия торцевые поверхности образцов подвергали струйно-абразивной обработке
карбидом кремния с последующей очисткой от остатков абразива на ультразвуковой установке в среде этилового спирта. Рабочую камеру предварительно вакуумировали до давления 10-4 Бар, потом заполняли аргоном до давления 2⋅10-2 Бар, затем проводили ионную очистку и нагрев образцов до 750-800 °С. После очистки и нагрева образцов наносили подслои толщиной 0,1 мм из порошков сплава на основе Со с 10 % Ni, 25 % Cr, 6
% Al, 5 % Ta, 0,6 % Y (иттрий) и порошка сплава на основе Ni с 25 % Со, 25 % Сr, 6 % Аl, 0,5 Yb (иттербий), из
порошков ZrO2 - 7 % Y2O3, ZrO2 - 13 % Yb2O3. Режим нанесения подслоя - ток электрической дуги - 730 А, напряжение дуги - 65 В, давление в камере 5⋅10-2 Бар, расход водорода - 10 л/мин, расход аргона - 50 л/мин, расход порошка - 2,0 кг/час, расход транспортирующего газа (аргон) - 2 л/мин, дистанция напыления - 350 мм.
После нанесения подслоя проводили нанесение керамического покрытия из порошков частично стабилизированного диоксида циркония составов ZrO2 - 7 % Y2O3, ZrO2 - 13 % Yb2O3 с изменением пористости по
толщине покрытия, в направлении от наружной поверхности слоя к подслою от 3-5 до 15-18. Покрытия наносили на шесть групп образцов, по пять образцов в каждой группе (одна группа по известному, пять - по
предлагаемому способам). Пористость слоев измеряли на шлифах поперечных сечений покрытий (в двух
перпендикулярных сечениях на одном образце каждой группы) металлографическим методом.
После нанесения подслоя и слоя покрытия проводили нагрев пяти групп образцов (по предлагаемому способу)
до температуры начала фазового m-t (моноклинная-тетрогональная) перехода и последующую импульсную обработку поверхности керамического слоя посредством импульсного плазменного ускорителя КСПУ и импульсного
лазера «Квант-16» при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки от 600 до 2200 кДж/м2
(от 60 до 220 Дж/см2).
Стойкость покрытий к термоциклированию определяли по количеству термоциклов, которые выдерживали
образцы до разрушения слоя керамического покрытия. Термоцикл представлял нагрев образца в печи при 1100
°С в течение 0,25 часа и последующее охлаждение в воде до комнатной температуры. Разрушение покрытия
фиксировали визуально после каждого его цикла по проявлению признаков отслоения покрытия или его части.
2
BY 2979 C1
Стойкость покрытий к термоциклированию (количество циклов) определяли как среднее значение по четырем
образцам.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1, 2.
Как видно из таблиц 1, 2 (примеры 3-5), стойкость покрытий к термоциклированию, нанесенных по предлагаемому способу, в 1,2-1,4 раза выше по сравнению с известным покрытием. Однако при выходе значений режимов способа (примеры 2-6) за предлагаемые пределы стойкость покрытий к термоциклированию снижается.
Таблица 1
Пример
1
2
3
4
5
6
Режимы способа
Материал образцов ЖС-30, материал подслоя - Co-10 Ni, 25 % Cr, 6 % Аl, 5 % Та, 0,6
% Y (иттрий), материал теплозащитного слоя покрытия ZrO2-7 % Y2O3, пористость слоя
в направлении от наружной поверхности слоя к подслою от 3-5 до 15-18 %, импульсную
обработку проводили импульсным плазменным ускорителем КСПУ при поверхностной
плотности энергии излучения импульсной обработки от 600 до 2200 кДж/м2
Известный способ
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере - 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5
часа.
Предлагаемый способ
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры ниже начала
m-t фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии
излучения импульсной обработки 600 кДж/м2, спекание всего покрытия в нейтральной
атмосфере - 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С,
2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t
фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки 800 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t
фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки 1400 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере -1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t
фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки 2000 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5
часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t
фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки 2200 кДж/м2, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере - 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С,
2,5 часа.
3
Кол-во циклов
до разрушения
покрытия
38
37
45
53
50
35
BY 2979 C1
Таблица 2
Пример
1
2
3
4
5
6
Режимы способа
Материал образцов ЖС-30, материал подслоя - Ni с 25 % Со, 25 % Сr, 6 % Аl, 0,5Yb (иттербий), материал теплозащитного слоя покрытия ZrO2 - 13 % Yb2O3, пористость слоя в направлении от наружной поверхности слоя к подслою от 3-5 до 15-18 %, импульсную обработку проводили импульсным лазером «Квант-16» при поверхностной плотности энергии
излучения импульсной обработки от 600 до 2200 кДж/м2.
Известный способ
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере
- 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Предлагаемый способ
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры ниже начала m-t
фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения импульсной обработки 600 кДж/м2, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения
импульсной обработки 800 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере - 1100 °С, 3
часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения
импульсной обработки 1400 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере - 1100 °С, 3
часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения
импульсной обработки 2000 кДж/м2, охлаждение сжатым воздухом ниже температуры начала m-t фазового перехода, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере - 1100 °С, 3
часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Нанесение подслоя, при нанесении первого слоя теплозащитного покрытия поверхность
частиц порошка восстановлена до ZrO1,6, нагрев покрытия до температуры начала m-t фазового перехода, импульсная обработка, при поверхностной плотности энергии излучения
импульсной обработки 2200 кДж/м2, спекание всего покрытия в нейтральной атмосфере 1100 °С, 3 часа, отжиг всего покрытия в окислительной атмосфере - 825 °С, 2,5 часа.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Кол-во циклов до разрушения
покрытия
40
38
47
55
52
37
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
145 Кб
Теги
by2979, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа