satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-866Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGВЫБОР ОКСИДОВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙSELECTION OF OXIDES FOR STABILIZATION OF ZIRCONIUM DIOXIDE WHILE OBTAINING THERMAL BARRIER COATINGSОковитыйВ. В.OkovityV. V.

Аспирант

Graduate student

vasil_oka@inbox.ruБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201508102015052632Copyright © Оковитый В.В., 20152015Оковитый В.В.Okovity V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/866

В статье проанализирован выбор оксидов и подробно описаны большинство оксидных систем, пригодных для стабилизации диоксида циркония при получении теплозащитных покрытий с максимальным количеством тетрагональной фазы. Методика исследования основана на проведении обзора аналитической информации по современному состоянию теплозащитных покрытий на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидами редкоземельных металлов. Основным методом, используемым для нанесения теплозащитных покрытий из диоксида циркония, является плазменное напыление. Положительные результаты получены также при электронно-лучевом и ионно-плазменном напылениях, магнетронном распылении. Тем не менее преимущественное распространение плазменного напыления теплозащитных покрытий сохраняется прежде всего вследствие его высокой производительности и универсальности, позволяющей наносить металлические и керамические материалы заданного химического и фазового состава.

Отмечено, что качественные теплозащитные покрытия необходимо формировать из материалов с равномерным химическим  и  фазовым  составом  по  сечению  исходных  порошков,  максимальным  количеством  тетрагональной фазы и минимальным размером зерна фазовых включений, минимальным содержанием межкристаллитной влаги, со строго определенным размером и морфологией частиц исходного порошка. В качестве оксидов для стабилизации диоксида циркония при получении теплозащитных покрытий выбраны оксиды иттербия и церия, а также рассмотрена оксидная система диоксида циркония «оксид гафния – оксид иттрия», которая представляет собой структуру, похожую на диоксид циркония.

The paper analyzes selection of oxides and describes in details a majority of oxide systems which are applicable for stabilization of zirconium dioxide while obtaining thermal barrier coatings with maximum amount of tetragonal phase. Methodology of investigation is based on a review of analytical information on the current state of thermal barrier coatings on the basis of zirconium dioxide stabilized by oxides of rare-earth metals. The method used for application of  zirconium dioxide thermal barrier coatings is plasma spraying. Positive results have been also obtained while applying e-beam sputtering, ion-plasma deposition and magnetron sputtering. Nevertheless preferred plasma spraying application for thermal barrier coatings still continues due to its high productivity and versatility that permits to deposit metallic and ceramic materials of the ordered chemical and phase composition.

Ytterbium and cerium oxides have been selected as oxides for stabilization of zirconium dioxide in order to obtain thermal barrier coatings. The paper also considers аn oxide system of zirconium dioxide: “hafnium oxide – yttrium oxide”, representing in itself the structure which is similar to zirconium dioxide.

диоксид циркониятеплозащитное покрытиестабилизациятетрагональная фазаzirconium dioxidethermal barrier coatingstabilizationtetragonal phaseReferencesВлияние метода синтеза на свойства порошков частично стабилизированного диоксида циркония / В. А. Дубок [и др.] // Порошковая металлургия. – 1998. – № 8. – С. 56–60.Dubok, V. A, Kabanova, M. I., Nedil'ko, S. A., Panchenko, G. V. (1998) Influence of Synthesis Method on Powder Properties Of Partially Stabilized Zirconium Dioxide. Poroshkovoya Metallurgiya [Powder Metallurgy], 8, 56–60 (in Russian).Khor, K. A. Properties of Plasma Spraed Functionally Graded YSZ / NiCoCr AlY Composite Coatings / K. A. Khor, Y. W. Gu, Z. L. Dong // Proceedings of the International Thermal Spray Conference. Thermal Spray Surface Engineering via Applied Research: Proceedings of the 1st International Thermal Spray Conference. – Montreal, QUE, 2000. – P. 1241–1248.Khor, K. A., Gu, Y. W., Dong, Z. L. (2000) Properties of Plasma Sprayed Functionally Graded YSZ / NiCoCr AlY Composite Coatings. Proceedings of the International Thermal Spray Conference. Thermal Spray Surface Engineering via Applied Research: Proceedings of the 1st International Thermal Spray Conference. Montreal, QUE, 1241–1248.Porter, D. L. Mechanisms of Toughening Partially Stabilized Zirconia (PS2) / D. L. Porter, A. H. Heuer // Journal of the American Ceramic Society. – 2006. – Vol. 6, No 3. – P. 183–184.Porter, D. L, Heuer, H. ?. (2006) Mechanisms of Toughening Partially Stabilized Zirconia (PS2). Journal of the American Ceramic Society, 6 (3), 183–184. Doi: 10.1111/j. 1151-2916.1977.tb15509.x.Singheiser, L. The Performance of High Temperature Corrosion Resistant Coatings on Superalloyes Nuclear Extended Laboratory Tests / L. Singheiser // 1st Plasma Technic. Symposium Lucerne. – 1998. – Vol. 2. – P. 164–173.Singheiser, L. (1998) The Performance of High Temperature Corrosion Resistant Coatings on Superalloyes Nuclear Extended Laboratory Tests. 1st Plasma Technic. Symposium Lucerne, 2, 164–173.Robert, M. Mikrostructural Evolution in Co-P37 and the Room Temperature Instability of Tetragonal ZrO2 / M. Robert // The American Ceramic Societу. – 1997. – Vol. 10, No 4. – P. 214–220.Robert, M. (1997) Microstructural Evolution in Co-P37 and the Room Temperature Instability of Tetragonal ZrO2. The American Ceramic Society, 10 (4), 214–220.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.Okovity, V. A. (1998) Influence of Technological Parameters of TBC Ceramic Layer on Resistance to Thermal Cycling. Poroshkovoya Metallurgia. Respublikanskii Mezhvedomstvennyi Sbornik Nauchnykh Trudov [Powder Metallurgy. Republican Interdepartmental Collection of Research Papers]. Minsk, 21, 101–105 (in Russian).Оковитый, В. А. Разработка теплозащитных плазменных покрытий / В. А. Оковитый // Сварка и родственные технологии. – 2005. – Вып. 7. – С. 80–82.Okovity, V. A. (2005) Development of Thermal Barrier Plasma Coatings. Svarka i Rodstvennye Tekhnologii [Welding and Related Technologies], 7, 80–82 (in Russian).Оковитый, В. А. Оптимизация процесса нанесения ZrO2–Y2О3 / В. А. Оковитый // Порошковая металлургия. – 2007. – Вып. 30. – С. 245–249.Okovity, V. A. (2007) Optimization of ZrO2–Y2?3 Depositing Process. Poroshkovoya Metallurgia. Respublikanskii Mezhvedomstvennyi Sbornik Nauchnykh Trudov [Powder Metallurgy. Republican Interdepartmental Collection of Research Papers]. Minsk, 30, 245–249 (in Russian).Математическая модель тепловых процессов, происходящих при формировании покрытий на основе ZrO2 / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия. – 2009. – Вып. 32. – С. 9–20.Il'iushchenko, A. F., Okovity, V. A., Gromyko, G. F., Shevtsov, A. I., Panteleenko, F. I., Matsuka, N. P., Okovity, V. V. (2009) Mathematical Model of Thermal Processes Occurring During Formation of ZrO2-Based Coatings. Poroshkovoya Metallurgia. Respublikanskii Mezhvedomstvennyi Sbornik Nauchnykh Trudov [Powder Metallurgy. Republican Interdepartmental Collection of Research Papers]. Minsk, 32, 9–20 (in Russian).Моделирование порообразования при формировании теплозащитных плазменных покрытий на основе диоксида циркония / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия. – 2011. – Вып. 34. – С. 36–40.Il'iushchenko, A. F., Kusin, R. A., Cherniak, I. N., Kusin, A. R., Zhegzdrin', D. I., Manoilo, E. D., Kaptsevich, V. M. (2011) Simulation of Pore Formation While Developing Thermal Barrier Coatings on the Basis of Zirconium Dioxide. Poroshkovoya Metallurgia. Respublikanskii Mezhvedomstvennyi Sbornik Nauchnykh Trudov [Powder Metallurgy. Republican Interdepartmental Collection of Research Papers]. Minsk, 34, 36–40 (in Russian)Создание градиентных плазменных покрытий на основе диоксида циркония, стабилизированного диоксидом иттербия / В. А. Оковитый [и др.] // Вестник БНТУ. – 2011. – Вып. 6. – С. 5–9.Okovity, V. A., Panteleenko, F. I., Devoino, O. G., Okovity, V. V., Sobolevsk?, S. B., Shevtsov, A. I. (2011) Development of Gradient Plasma Coatings on the Basis of Zirconium Dioxide Stabilized with Yttrium Oxide. Vestnik BNTU [Bulletin of the Belarusian National Technical University], 6, 5–9.Теплозащитные покрытия на основе ZrO2 /А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: Ремика, 1998. – 128 с.Il'iushchenko, A. F., Ivashko, V. S., Okovity, V. A., Sobolevsk?, S. B. (1998) Thermal Barrier Coatings on ZrO2-Basis. Minsk, Remika, 128 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.