ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ


DOI: http://dx.doi.org/10.21122/2227-1031-2016-15-3-193-199

Полный текст:


Аннотация

Разработана технология формирования теплозащитных покрытий на основе диоксида циркония, исследованы структуры фазового состава и термостойкости таких покрытий. Приведены результаты исследования процесса формирования оксидной системы ZrO2 – Y2О3 методами плазменного напыления и последующей высокоэнергетической обработки, позволяющей повысить стойкость теплозащитного покрытия к термоциклированию при температуре 1100 °С. Это приводит к более длительной защите подложки от воздействий высоких температур. Методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях структурных элементов композиционных плазменных покрытий системы ZrO2 – Y2О. Стойкость плазменных покрытий типа Me – Cr – Al – Y/ZrO2 – Y2O3, применяемых в качестве теплозащитных покрытий для защиты лопаток газотурбинных двигателей в условиях частых теплосмен, ограничивается скалыванием внешнего керамического слоя. Структурные и микрорентгеноспектральные исследования показали, что в результате термоциклирования внешняя атмосфера благодаря пористой структуре керамического слоя покрытия проникает к поверхности нижнего металлического покрытия, вызывая его окисление. В результате на границе металл – керамика формируется слой Al2O3, изменяющий напряженное состояние покрытия, что приводит к снижению защитных свойств. Таким образом, высокая термостойкость теплозащитных покрытий зависит от процессов, протекающих на границе между металлическим и керамическим слоями покрытия. Лазерное воздействие на образцы с теплозащитными покрытиями приводит к изменению структуры оксидного слоя ZrO2– Y2O3. При этом его исходная поверхность, характеризующаяся развитым рельефом, в результате обработки существенно выравнивается и покрытие растрескивается, разделяясь на фрагменты. Так как оксидное покрытие обладает низкой теплопроводностью, а время воздействия лазера порядка 10–3 с, тепловой поток не успевает распространиться на большую глубину. В результате поверхность покрытия приобретает вид застывшего расплава. Покрытие, полученное из порошка ZrO2 – 7 % Y2O3 по разработанной авторами технологии, выдерживает в 1,5 раза больше циклов нагрева – охлаждения, чем подобное покрытие, изготовленное ранее. Предло- женный способ позволяет повысить стойкости покрытия к термоциклированию при температуре 1100° С.


Об авторах

В. В. Оковитый
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Аспирант 

Адрес для переписки: Оковитый Василий Вячеславович — Белорусский национальный технический университет просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 331-00-45 vasil_ok@inboх.ru



О. Г. Девойно
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Доктор технических наук, профессор



В. А. Оковитый
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Кандидат технических наук



В. М. Асташинский
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор физико-математических наук, профессор


Список литературы

1. Стернс, К. А. Теплозащитные покрытия / К. А. Стернс // Аэрокосмическая техника. 1997. № 10. С. 144–164.

2. Ильющенко, А. Ф. Плазменные покрытия на основе керамических материалов / А. Ф. Ильющенко, В. А. Оковитый, А. И. Шевцов. Минск: Беспринт, 2006. 316 с.

3. Phane, L. Plasma-Sprayed Ceramic Thermal Barrier Coatings for Turbine Vane Platforms / L. Phane // Thin Solid Films. 1990. P. 455–461.

4. Оковитый, В. А. Влияние технологических параметров керамического слоя теплозащитного покрытия на стойкость к термоциклированию / В. А. Оковитый // Порошковая металлургия. 1998. Вып. 21. С. 101–105.

5. Lujscheider, E. Laser Remelting of Thermally Sprayed Coatings / E. Lujscheider // Laser Treat. Mater. Eur. Conf. Bad Nauheim. 1997. P. 445–450.

6. Григорянц, А. Г. Основы лазерной обработки материалов / А. Г. Григорянц. М.: Машиностроение, 1989. 304.

7. Laser Treatment of Plasma-Sprayed Coatings / H. Bhat [et al.] // 10th Int. Thermal Spraying Conf. Essen: DVS-Berichte, 1983. Vol. 80. 21–23.

8. Bhat, H. Laser-Treated Plasma-Sprayed Ni-Base Alloy Coatings / H. Bhat, H. Herman, and R.J. Coyle // High Temperature Protective Coatings. Proc. 112th AIME Annual Meeting, Atlanta, 7-8 May 1983. P. 37–50.

9. Longa, Y. The yttrium effect on the corrosion resistance of CO2-laser processed MCrAlY coatings / Y. Longa, M. Takemoto // Oxidation of Metals. 1994. Vol. 41, No 5-6. P. 301–321.

10. Lugshader, E. Laser Treatment of CoNiAlY VPS Coatings / E. Lugshader // 8nd Plasma-Technik Sumposium: Proc. Sump. 2001. Vol. I. P. 323–345.

11. Способ получения теплозащитного покрытия: пат. 2979 Респ. Беларусь, МКИ4 С 23 С 4/12, 4/10 / В. А. Оковитый, А. Ф. Ильющенко, С. Б. Соболевский, В. С. Ивашко; дата публ. 20.11.1999.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Оковитый В.В., Девойно О.Г., Оковитый В.А., Асташинский В.М. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ. НАУКА и ТЕХНИКА. 2016;15(3):193-199. DOI:10.21122/2227-1031-2016-15-3-193-199

For citation: Okovity V.V., Devoino O.G., Okovity V.A., Astashinsky V.M. TECHNOLOGICAL PECULIARITIES OF THERMAL BARRIER COATINGS BASED ON ZIRCONIUM DIOXIDE. Science & Technique. 2016;15(3):193-199. (In Russ.) DOI:10.21122/2227-1031-2016-15-3-193-199

Просмотров: 227

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)