Деталь газової турбіни, оснащена захисним покриттям, і спосіб формування захисного покриття на металевій основі з суперсплаву

1. Деталь газової турбіни, що містить металеву основу із суперсплаву, сполучний нижній шар, сформований на основі, який містить інтерметалевий матеріал – алюміній, нікель і платину, й зовнішнє керамічне покриття, прикріплене плівкою оксиду алюмінію, утвореною на сполучному нижньому шарі, яка відрізняється тим, що сполучний нижній шар містить, в основному, трикомпонентну систему Ni-Pt-Al, що 2 (19) 1 3 82188 4 14. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що осадження з пароподібної фази принаймні сполучний нижній шар формують шляхом декількох поперемінних, елементарних шарів нанесення шарів, принаймні деякі з яких містять платини і алюмінію, здійснення екзотермічної декілька компонентів нижнього шару у формі реакції між металами нанесених шарів і термічною попередньо виготовленого сплаву. обробкою при температурі, принаймні рівній 900 15. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що °С, з метою збудження дифузії нікелю основи в сполучний нижній шар формують шляхом сполучний нижній шар. нанесення попередньо сплавленого складу, що 18. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що відповідає необхідному складу нижнього шару. термічну обробку при температурі, принаймні 16. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що рівній 900 °С, здійснюють під час формування сполучний нижній шар виготовляють шляхом зовнішнього керамічного шару. формування покриття методом електролітичного 19. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що осадження. термічну обробку при температурі, принаймні 17. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що рівній 900 °С, здійснюють до формування сполучний нижній шар формують на основі із зовнішнього керамічного шару. суперсплаву, що містить нікель, шляхом фізичного Даний винахід стосується створення захисного покриття на металевій підкладці із суперсплаву. Винахід може бути застосовний при виготовленні деталей, що зберігають свої механічні властивості при високих температурах, зокрема деталей газових турбін, як-от лопатки турбін, зокрема турбін газотурбінних двигунів. Для поліпшення робочих характеристик, зокрема продуктивності газових турбін бажана їхня експлуатація при якомога вищих температурах. Відоме використання так званих суперсплавів для виготовлення деталей, що працюють при високій температурі. Як правило, основним елементом цих суперсплавів є нікель, а додаткові елементи зазвичай вибирають з хрому, кобальту, алюмінію, молібдену, титана, танталу й багатьох інших матеріалів. Можливість підвищення робочої температури забезпечують шляхом постачання металевої підкладки захисним покриттям, що утворює термічний бар'єр (термобар'єрним покриттям). За відомою методикою виготовляють захисне покриття, що містить зовнішній шар з керамічного матеріалу і сполучний нижній шар з металу; зокрема сполучний нижній шар може містити алюміній і принаймні один інший метал, наприклад платину. Сполучний нижній шар, розташований між металевою підкладкою з суперсплаву і зовнішнім керамічним шаром, забезпечує: - можливість утворення й утримання на його поверхні плівки окису алюмінію, що сприяє адгезії зовнішнього керамічного шару, - захист підкладки від корозії внаслідок окислювання киснем навколишнього середовища, який проникає крізь зовнішній керамічний шар, - утворення бар'єра для дифузії певних елементів металевої підкладки, що могли б забруднити плівку окису алюмінію і внаслідок цього погіршити з'єднання між сполучним нижнім шаром і зовнішнім керамічним шаром, що призвело б до погіршення адгезії останнього. Введення у сполучний нижній шар реактивних елементів, наприклад ітрію, церію, гафнію або лантаноїдів, посилює дію бар'єра дифузії і збільшує міцність "клейкої" плівки окису алюмінію. Відома методика створення сполучного нижнього шару з матеріалів типу MCrAlY (де М метал, наприклад Fe, Ni, Co) способом плазмового напилювання, що не викликає реакції підкладки, так що з'єднання сполучного нижнього шару з підкладкою носить чисто механічний характер. Такі способи описані, наприклад, у [патентних публікаціях US 4055705 і US 5824423]. Втім, для одержання термостійкого нижнього шару йому необхідно додати значну товщину, як правило, не меншу за 50-100мкм, що призводить до небажаного збільшення маси деталі. Інші відомі способи полягають у створенні сполучного нижнього шару з інтерметалевих матеріалів, що можуть мати меншу товщину завдяки своїй термостійкості. Зокрема, гарні характеристики показує інтерметалевий матеріал, що містить алюміній і платину. Так, у [патентних публікаціях US 5716720 і US 5856027] описаний спосіб, що полягає в електролітичному нанесенні на підкладку із суперсплаву на основі нікелю шару платини й у подальшому проведенні алітування пароподібною фазою при температурі понад 1000°С. Нікель, що надходить з підкладки, розповсюджується всередині сполучного нижнього шару. На поверхні сполучного нижнього шару методом термічної обробки створюють плівку окису алюмінію, після чого формують зовнішній керамічний шар, наприклад, з діоксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, шляхом фізичного осадження пароподібної фази. Реактивний елемент може бути введений у сполучний нижній шар на етапі алітування пароподібною фазою. Гранична частина сполучного нижнього шару, що знаходиться над зоною дифузії поблизу від підкладки, складається з проміжної фази, яка містить від 18% до 28% по масі алюмінію, від 50% до 60% по масі нікелю й від 8% до 35% по масі платини, що відповідає фазі твердого розчину типу b на діаграмі двокомпонентної нікельалюмінієвої фази (b-NiAl). У [патентній публікації US 5238752] описаний інший спосіб, що полягає у створенні на підкладці із суперсплаву сполучного нижнього шару з інтерметалевого матеріалу, зокрема з матеріалу з 5 82188 6 алюмінію і платини. Сполучний металевий шар зокрема, без зниження ефективності термічного створюють цементацією у твердому середовищі захисту. За хисне покриття має підвищену стійкість при температурі понад 985°С і товщині понад до розшарування навіть після повторюваних 25мкм. Плівку окису алюмінію створюють на циклів зміни температури. поверхні сполучного нижнього шару методом Крім того, при використанні підкладки із окислювання перед формуванням, методом суперсплаву на основі нікелю поступова дифузія фізичного осадження пароподібної фази, нікелю з підкладки в сполучний шар може змінити керамічного зовнішнього шару, наприклад, з склад цього шару, але не його структур у й, отже, діоксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію. не впливає на стійкість інтерметалевого матеріалу У [патентній заявці ЕР 0985744] описується ще a-NiPt. Це виявляється тим помітніше, що ближчий один спосіб, який передбачає формування шару вихідний вміст нікелю до мінімального значення платини на підкладці із суперсплаву на основі для ділянки a-NiPt. нікелю методом електроосадження або хімічного Фаза твердого розчину NiPt типу a з осадження пароподібної фази й осадження шару добавками Аl відома сама по собі й алюмінію, що утворюється з газоподібного характеризується своєю кристалографічною галогеніду й розподіляється в шарі платини. Після структурою, як описано, зокрема, у [статті Janice L. нанесення кожного шару здійснюється Kann et al. "Phase Stability in (Ni, Pt)3 Al Alloys", десульфуризація методом термічної обробки при Scripta Metallurgica et Materiala, Vol.31, №11, температурі понад 1050°С і видалення з поверхні pp.1461-1464,1994]. окалини з метою усунення сірки, яка перешкоджає Згадку про таку фазу також можна знайти у адгезії утворюваної плівки окису алюмінію до [статті В. Gleeson et al. "Effects on Platinum on the поверхні утвореного сполучного нижнього шару. Interdiffusion and Oxidation Behavior of Ni-Al-Based Також відомий описаний у [патентній заявці Alloys", Proceedings of the 6th International US 2002/0037220] спосіб, за яким сполучний Symposium on High Temperature Corrosion and нижній шар утворюється нанесенням, методом Protection of Materials, Materials Science Forum, фізичного осадження пароподібної фази, Vols 461-464, pp.213-222, 2004]. декількох поперемінних елементарних шарів, що В оптимальному варіанті трикомпонентна складаються з металу платинової групи й система Ni-Pt-Al має склад NizPtyAl x, де Z, у, х алюмінію, з екзотермічною реакцією між металами підібрані таким чином, що 0,05