ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ

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.

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.