Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці (варіанти)
Номер патенту: 56228
Опубліковано: 15.05.2003
Автори: Рудой Юрій Ернстович, Нероденко Леоніла Михайлівна, Мовчан Борис Олексійович
Формула / Реферат
1. Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.
2. Композиційний зливок за п. 1, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалів, вибраних, згідно з призначенням покриття, із групи, яка включає метали, сплави інтерметаліди, силіциди, металокераміку, кераміку або органічні речовини, що мають температуру плавлення більш низьку, а пружність пари більш високу, ніж температура плавлення й пружність пари керамічної основи зливка, щоб при нагріванні композиційного зливка матеріал першої вставки й додаткових фрагментів-вставок, розміщених у верхній частині керамічної основи, випаровувався першим для формування на підкладці перехідних зв’язуючих шарів потрібного складу і структури.
3. Композиційний зливок за п. 2, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частинах керамічної основи, виготовлені переважно з неметалевого матеріалу з тим, щоб матеріал цих фрагментів-вставок випаровувався та конденсувався одночасно з керамічною основою зливка, формуючи склад і структуру верхніх керамічних шарів градієнтного покриття.
4. Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка виготовлена з частково або повністю стабілізованого ZrО2 і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.
5.Композиційний зливок за п. 4, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає метали Аl, Si, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Y, Pt, Zr, Hf, сплави типу MCr і МСrАIY(де M = Fe, Ni, Co), інтерметаліди нікелю, кобальту, платини, силіциди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, кераміку Аl2О3, Сr2О3, металокерамічні суміші типу M-Y-ZrO2, M-Y-Pt-ZrO2, M-Y-Аl2О3-ZrO2 (де М = Аl, Cr), керамічні суміші Аl2О3-Сr2О3-Y2О3-ZrО2.
6. Композиційний зливок за п. 5, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає оксиди Аl2О3, Y2О3, La2О3, СеО2, НfO2, SiО2 і їх суміші.
7. Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка виготовлена з Al2О3 і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.
8. Композиційний зливок за п. 7, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає метали Sn, Аl, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Y, сплави MCr і MCrAlY (де M = Sn, Cu, Fe, Ni, Co), інтерметаліди заліза, нікелю і кобальту, силіциди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші М-Аl2О3, М-Nі-Аl2О3 (де М = Sn, Аl, Cr, Y, Fe, Cu), Sn-Cr-Аl2О3.
9. Композиційний зливок за п. 8, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частинах керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає оксиди Сr2О3, МgО, SiO2, ZrO2, Y2О3, В2О3 і їх суміші.
10. Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка виготовлена з карбіду титану TiC і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.
11. Композиційний зливок за п. 10, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає метали Sn, Аl, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, сплави MCr, МСrАl (де М = Sn, Cu, Fe, Ni, Co), NiCo, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші Со-ТіС, Ni-TiC, Сr-Со-ТіС, Cr-Ni-TiC, Sn-Cr-Ni (Co)-TiC; Sn-Cr-Ti-TiC.
12. Композиційний зливок за п. 11, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частинах керамічної основи, виготовлено з матеріалу, вибраного з групи, яка включає ZrC, HfC, Сr3С2, ТіВ2 і їх суміші.
13. Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, щомає керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка виготовлена з дибориду титану TiВ2 і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.
14. Композиційний зливок за п. 13, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає метали Sn, Аl, Si, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Y, сплави MCr (де M = Sn, Cu, Fe, Ni, Co), силіциди кобальту, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші Cr-TiB2, Sn-TiB2; Y-ТіВ2, Sn-Cr-ТіВ2; Sn-Ті-ТіВ2.
15. Композиційний зливок за п. 14, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частинах керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає ZrB2, TiC, ZrC, HfC і їх суміші.
Текст
1 Композиційний ЗЛИВОК ДЛЯ одержання шля хом випаровування функціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в и верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у и верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей 2 Композиційний ЗЛИВОК за П 1, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалів, вибраних, згідно з призначенням покриття, із групи, яка включає метали, сплави штерметаліди, силіциди, металокераміку, кераміку або органічні речовини, що мають температуру плавлення більш низьку, а пружність пари більш високу, ніж температура плавлення й пружність пари керамічної основи зливка, щоб при нагріванні композиційного зливка матеріал першої вставки й додаткових фрагментів-вставок, розміщених у верхній частині керамічної основи, випаровувався першим для формування на підкладці перехідних зв'язуючих шарів потрібного складу і структури 3 Композиційний ЗЛИВОК за п 2, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, роз міщені у середній і нижній частинах керамічної основи, виготовлені переважно з неметалевого матеріалу з тим, щоб матеріал цих фрагментіввставок випаровувався та конденсувався одночасно з керамічною основою зливка, формуючи склад і структуру верхніх керамічних шарів градієнтного покриття 4 Композиційний ЗЛИВОК ДЛЯ одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в и верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна основа зливка виготовлена з частково або повністю стабілізованого ZrO2 і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у и верхній і/або середній, і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей 5 Композиційний ЗЛИВОК за п 4, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагментивставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає метали Al, Si, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Y, Pt, Zr, Hf, сплави типу MCr і МСгАІУ(де M = Fe, Ni, Co), штерметаліди нікелю, кобальту, платини, силіциди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, кераміку АІ2Оз, Сг2Оз, металокерамічні суміші типу M-Y-ZrO2, M-Y-Pt-ZrO2, M-Y-AI2O3-ZrO2 (де М = Al, Cr), керамічні суміші AI2O3-Cr2O3-Y2O3-ZrO2 6 Композиційний ЗЛИВОК за п 5, який відрізняється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає оксиди АІ2Оз, Y2O3, І_а2Оз, СеО2, НЮ2, SiO21 їх суміші 7 Композиційний ЗЛИВОК ДЛЯ одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в и верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають О 00 (О ю 56228 різну пружність пари при температурі випаровунти-вставки, розміщені у верхній частині керамічвання, який відрізняється тим, що керамічна осної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з нова зливка виготовлена з АЬОз і в залежності від групи, яка включає метали Sn, Al, Cu, Fe, Ni, Co, потрібної будови градієнтного покриття містить у її Cr, сплави MCr, MCrAI (де М = Sn, Cu, Fe, Ni, Co), верхній і/або середній, і/або нижній частині щоNiCo, органічні сполуки, що містять вуглець, метанайменше один додатковий фрагмент-вставку, локерамічні суміші Со-ТіС, NI-TIC, Cr-Co-TiC, Cr-Niсклад якого відрізняється від складу згаданої перТіС, Sn-Cr-Ni (Co)-TiC, Sn-Cr-Ti-TiC шої вставки і який виготовлений з металевих і/або 12 Композиційний ЗЛИВОК за п 11, який відрізнянеметалевих матеріалів або їх сумішей ється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частинах керамічної 8 Композиційний ЗЛИВОК за п 7, який відрізняоснови, виготовленоз матеріалу, вибраного з грується тим, що перша вставка й додаткові фрагмепи, яка включає ZrC, HfC, СГ3С2, Т1В21 їх суміші нти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з 13 Композиційний ЗЛИВОК ДЛЯ одержання шляхом групи, яка включає метали Sn, Al, Cu, Fe, Ni, Co, випаровування функціонально градієнтного поCr, Y, сплави MCr і MCrAlY (де M = Sn, Cu, Fe, Ni, криття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металеCo), штерметаліди заліза, нікелю і кобальту, силівій підкладці, що має керамічну основу й розміщециди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, ну в и верхній частині першу вставку, виготовлену металокерамічні суміші М-АЬОз, M-Ni-АЬОз (де М = із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають Sn, Al, Cr, Y, Fe, Cu), Sn-Cr-AI2O3 різну пружність пари при температурі випаровування, який відрізняється тим, що керамічна ос9 Композиційний ЗЛИВОК за п 8, який відрізнянова зливка виготовлена з дибориду титану Т1В2 і ється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розв залежності від потрібної будови градієнтного міщені у середній і нижній частинах керамічної покриття містить у и верхній і/або середній, і/або основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з грунижній частині щонайменше один додатковий пи, яка включає оксиди СГ2О3, MgO, S1O2, ZrC^, фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від Y2O3, В2О31 їх суміші складу згаданої першої вставки і який виготовле10 Композиційний ЗЛИВОК ДЛЯ одержання шляхом ний з металевих і/або неметалевих матеріалів або випаровування функціонально градієнтного поїх сумішей криття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміще14 Композиційний ЗЛИВОК за п 13, який відрізняну в и верхній частині першу вставку, виготовлену ється тим, що перша вставка й додаткові фрагмеіз суміші металів або сплавів і оксидів, що мають нти-вставки, розміщені у верхній частині керамічрізну пружність пари при температурі випаровуної основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з вання, який відрізняється тим, що керамічна осгрупи, яка включає метали Sn, Al, Si, Cu, Fe, Ni, нова зливка виготовлена з карбіду титану ТіС і в Co, Cr, Y, сплави MCr (де М = Sn, Cu, Fe, Ni, Co), залежності від потрібної будови градієнтного посиліциди кобальту, органічні сполуки, що містять криття містить у її верхній і/або середній, і/або нивуглець, металокерамічні суміші Сг-ТіВг, Sn-TiB2, жній частині щонайменше один додатковий фрагY-T1B2, Sn-Cr-TiB2, Sn-Ti-TiB2 мент-вставку, склад якого відрізняється від складу 15 Композиційний ЗЛИВОК за п 14, який відрізнязгаданої першої вставки і який виготовлений з меється тим, що додаткові фрагменти-вставки, розталевих і/або неметалевих матеріалів або їх суміміщені у середній і нижній частинах керамічної шей основи, виготовлені з матеріалу, вибраного з групи, яка включає ZrB2, ТіС, ZrC, HfC і їх суміші 11 Композиційний ЗЛИВОК за п 10, який відрізняється тим, що перша вставка й додаткові фрагме Винахід відноситься до області композиційних матеріалів, застосовуваних для одержання на металевих підкладках функціонально градієнтних покриттів із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром, призначених, насамперед, для теплового захисту, захисту від окислення, корозії, ерозії та зносу деталей сучасних енергетичних установок, наприклад, газових турбін або двигунів внутрішнього згоряння В останні 1 0 - 1 5 років удосконалення захисних покриттів відбувалося у напрямку створення заданого (функціонального) градієнта складу і структури покриття від підкладки до верхнього шару Характерними прикладами цих покриттів можуть бути теплозахисні покриття, осаджувані на металеві поверхні з дискретним (шаровим) змінюванням складу по товщині покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром Подібні градієнтні покриття одержують у декілька стадій, використовуючи різні ВИХІДНІ матеріали (метали, сплави, кераміки) і ВІДПОВІДНІ технологічні процеси Патент США № 4,401,697 від ЗО серпня 1983 (Т Е Strangman) описує трьохшарове термобар'єрне покриття, що складається зі зв'язуючого шару жаро- і корозійностійкого сплаву типу MCrAlY товщиною 25 - 250мкм, верхнього керамічного шару зі стабілізованого оксиду ZrCb із стовпчастою структурою та проміжного шару АЬОз товщиною 0,25 2,5мкм Металевий зв'язуючий шар сплаву MCrAlY, наприклад, 18ваг% Сг, 23ваг % Co, 12,5ваг% АІ, 0,Зваг% Y, інше Ni, осаджують на металеву поверхню деталі шляхом електроннопроменевого випаровування зливка вказаного складу Потім поверхню обробляють механічно (наприклад, за допомогою мікрокульок), деталь відпалюють і повторно розташовують у вакуумній камері Керамічне покриття одержують електро 56228 ПОВІДНО збагачений платиною (або іншим металом нно-променевим випаровуванням керамічного платинової групи) зв'язуючий шар і шар алюмініду зливка стабілізованого оксиду ZrO2 Тонкий шар платини (або іншого алюмініду) Ці шари одержуАЬОз формують у процесі відпалювання у кисеньють електроосадженням платини або іншого мевміщуючої атмосфері Цей шар забезпечує хорошу талу платинової групи на поверхню зв'язуючого адгезію на міжфазній поверхні AbCb/ZrCb і сповішару і подальшим відпалюванням в інтервалі темльнює окислення поверхні MCrAlY в умовах висоператур 1000 - 1200°С П'ятий, шостий і сьомий котемпературної експлуатації покриття шари представляють ВІДПОВІДНО ТОНКИЙ шар уВ патенті США № 4,676,994 від ЗО червня фази, яка збагачена платиною, тонкий шар чисто1987р (R Е Demaray) рекомендовано чотиришаго оксиду алюмінію і верхній керамічний шар старове покриття, що складається зі зв'язуючого шару білізованого ітрієм оксиду цирконію зі стовпчастою типу MCrAlY, тонкого керамічного шару АЬОз і структурою, їх одержують, використовуючи терміверхнього двохшарового покриття зі стабілізованочний цикл електронно-променевого випаровуго оксиду ZrO2 Зв'язуючий шар MCrAlY товщиною вання й осадження кераміки з введенням кисню у приблизно 120мкм одержують будь-яким металурвакуумну камеру гійним методом, переважно електроннопроменевим випаровуванням металевого зливка Патент США № 5,891,267 від 6 квітня 1999 р, Після ВІДПОВІДНОЇ механічної обробки поверхні мік(J С Schaeffer і ін ) пропонує чотиришарове порокульками деталь розташовують у вакуумній печі криття Перший шар одержують карбідизацією з тиском приблизно 2x10 4мм рт ст , нагрівають до поверхні виробу із суперсплавів, що містять карбі980°С і витримують близько Юхв В результаті на доутворюючі елементи Mo, W, Re, Та, Ті, Cr, Hf, поверхні MCrAlY формується шар, що містить Zr Карбідизацію здійснюють у стандартних пічах у АЬОз товщиною 1,0 - 2,0мкм Потім у вакуумі 10"4 суміші водню та метану при зниженому тиску й мм рт ст електронним променем випаровують температурі 900 - 1200°С протягом 1 - 4 годин керамічний зливок ZrCb і осаджують щільний Насичений вуглецем шар має товщину до 10Омкм і («94%) шар ZrO2 товщиною приблизно 50мкм Пісмістить 25 - 75об % карбідів Далі слідує другий ля цього вводять кисень у камеру і при тиску 5x10 1 шар багатий алюмінієм зв'язуючий шар із дифуЗ - 1x10 мм рт ст завершують осадження менш зійного алюмініду або сплаву MCrAlY, одержуващільного, із стовпчастою структурою, верхнього ний відомими методами Третій тонкий шар АЬОз і шару ZrO2 товщиною приблизно ЮОмкм Цей шар четвертий керамічний шар ZrCh - (6 - 8)ваг % Y2O3 має більш низьку теплопровідність і задовільну з стовпчастою структурою також одержують відомеханічну релаксаційну здатність мими методами, переважно фізичним осадженням пари Патент США № 4,880,614 від 14 листопада Характерною особливістю приведених вище 1989 (Т Е Strangman і ш ) описує термобар'єрне прикладів патентів, також як і багатьох інших не покриття, що складається з п'яти шарів Перший названих патентів, є технологічна багатостадійшар на підкладці представляють дифузійні алюміність одержання градієнтних захисних покриттів, ніди, одержувані одним із відомих способів Другий яка обумовлена необхідністю застосування 2, 3 і шар - сплав типу MCrAlY, осаджуваний за допомобільш технологічних процесів і ВІДПОВІДНОГО облагою електронно-променевого випаровування або днання, а також проміжних обробок поверхні шарів інших методів Третій - тонкий шар високочистого між стадіями і, як слідство, пов'язана з великими альфа - АЬОз, одержуваний ХІМІЧНИМ осадженням енерговитратами і великою тривалістю всього тех(CVD) Четвертий - керамічний шар із стовпчастою нологічного циклу При технологічній багатостаструктурою зі стабілізованого ZrCh або інших кеДІЙНОСТІ знижується ймовірність повної повторюрамік, осаджуваного за допомогою електроннованості заданого складу й структури, тобто якості променевого випаровування П'ятий - твердий, покриттів, внаслідок можливого відхилення від щільний, глянцевий ЗОВНІШНІЙ шар кераміки одернорми технологічних параметрів в одній з ланок жують, наприклад, лазерним оплавленням торців довгого технологічного ланцюжка Не можна ввастовпчастих кристалітів для підвищення опору жати оптимальними технологіями одержання поерозії криттів такі, що створюють плоскі міжфазні поверШар дифузійних алюмінідів і шар MCrAlY похні між металевими та керамічними шарами кликані підвищити опір окисленню й корозії термоБільш переважні, з точки зору працездатності кебар'єрних покриттів і, отже, збільшити строк служрамічних шарів, плавні переходи від металу до би деталі з покриттям кераміки В Європейському патенті ЕР 0814178А1 (D S На основі викладеного напрошується висноRickerby) описано термобар'єрне покриття, що вок, що подальше удосконалення методів одерскладається із семи шарів Перший шар представжання багатошарових градієнтних захисних поляє поверхню суперсплаву на основі нікелю або криттів слід здійснювати у напрямку скорочення кобальту, збагачену металом платинової групи, числа різнорідних технологічних стадій з одночаспереважно платиною Його одержують електроним формуванням плавного переходу між шарами, осадженням шару платини товщиною 5 - 8мкм і насамперед, на міжфазних поверхнях меподальшим дифузійним відпалюванням при темтал/кераміка пературі у інтервалі 800 - 1200°С Другий, зв'язуючий шар, складається зі сплаву, що містить алюміНайбільш близьке до винаходу, що пропонуній у КІЛЬКОСТІ 5 - 40ваг % Наприклад, MCrAlY або ється, і тому взяте за прототип рішення викладено алюмініди нікелю й кобальту Зв'язуючий шар у патенті України № 17473 від 19 07 1999 р (Б А MCrAlY осаджують вакуумно-плазмовим спосоМовчан і ш ) (аналог - патент США № 5,834,070 від бом Третій і четвертий шари представляють ВІД10 11 1988 р) Тут запропонований композиційний 56228 8 зливок для одержання шляхом випаровування талевій підкладці, що має керамічну основу и розфункціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ міщену в її верхній частині першу вставку, керамічним шаром на металевій підкладці, що має виготовлену із суміші металів або сплавів і оксикерамічну основу (ZrO2(Y2O3)) і розміщену в її вердів, що мають різну пружність пари при темперахній частині вставку, виготовлену із суміші металів турі випаровування, у якому, за винаходом, кераабо сплавів і оксидів, що мають різну пружність мічна основа зливка в залежності від потрібної пари при температурі випаровування За цим вибудови градієнтного покриття містить у и верхній находом градієнтну перехідну зону покриття між і/або середній і/або нижній частині щонайменше поверхнею зв'язуючого шару і верхнім керамічним один додатковий фрагмент-вставку, склад якого шаром із ZrO2(Y2O3) одержують електронновідрізняється від згаданої першої вставки і який променевим випаровуванням указаного керамічновиготовлений з металевих і/або неметалевих маго зливка ZrO2(Y2O3) з розташованою на його вертеріалів або їх сумішей хньому торці металокерамічною вставкою (таблетТаке рішення, а саме добір і відповідне розмікою) із суміші металів і оксидів із різною пружністю щення у керамічній основі композиційного зливка, пари при температурі випаровування вставки Ціпереважно циліндричної форми, фрагментівєю сумішшю може бути, наприклад, система АІвставок із металевих і неметалевих матеріалів АІ2О3- ZrO2 або АІ- AI2O3-Pt- ZrO2 Пружність пари необхідних форм і розмірів, забезпечує при безпекомпонентів вставки при температурі випаровурервному випаровуванні та подальшій конденсації вання максимальна для алюмінію і мінімальна для парової фази на підкладці формування градієнтнооксиду цирконію, тобто зменшується у ПОСЛІДОВНОго багатошарового покриття заданого складу й СТІ А І ^ АЬОзЗ^ ZrO2 Тому першим починає виструктури паровуватись алюміній, потім підключається випаДоцільно, щоб перша вставка й додаткові ровування оксиду алюмінію і на заключній стадії фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині випаровується оксид цирконію таблетки з безпекерамічної основи, були виготовлені з матеріалів, рервним переходом до випаровування оксиду циобраних, згідно з призначенням покриття, із групи, рконію зливка В результаті, у процесі конденсації яка включає метали, сплави, штерметаліди, силіформується градієнтна перехідна зона товщиною циди, металокераміку, кераміку або органічні ре3-5 мкм між металевою поверхнею (зв'язуючим човини, що мають температуру плавлення більш шаром) і керамічним покриттям ZrO2(Y2O3), що низьку, а пружність пари більш високу, ніж темпескладається з окремих мікрошарів, наприклад, ратура плавлення й пружність пари керамічної МІАІ, АЬОз, АЬОз- ZrO2 Слід відзначити, що коноснови зливка, щоб при нагріванні композиційного денсація парового потоку таблетки відбувається, зливка матеріал першої вставки й додаткових як правило, на поверхні попередньо підігрітого до фрагментів-вставок, розміщених у верхній частині температур вище температури плавлення алюмікерамічної основи, випаровувався першим для нію (660°С) Тому перші порції алюмінію конденформування на підкладці перехідних зв'язуючих суються на поверхні у вигляді дуже тонкого шару шарів потрібного складу і структури рідкої фази, яка взаємодіє з матеріалом поверхні Слід підкреслити позитивний вплив присутніх у підкладки, наприклад, зв'язуючого шару MCrAlY, і фрагментах-вставках легкоплавких металів і спластворює міцне з'єднання підкладки з перехідною вів, температура плавлення яких нижче темпераградієнтною зоною тури попереднього підігрівання підкладки перед осадженням покриття Тонка рідка плівка, що Як було відзначено вище при описі прототипу, створюється на поверхні підкладки у початковий композиція "металокерамічна таблетка-керамічний момент їх конденсації, розчиняє мікронерівності зливок" дозволяє одержувати градієнтну перехідну поверхні і, взаємодіючи з матеріалом підкладки, зону товщиною 3 - 5мкм між металевою підкладсприяє формуванню щільної структури контактної кою (зв'язуючим шаром) і керамічним покриттям, зони підкладка - зв'язуючий шар Згаданий вибір склад і структуру якої визначає металокерамічна матеріалів забезпечує оптимальну структуру та суміш (таблетка), яка фракційне випаровується склад перехідних зв'язуючих шарів на підкладці при електронно-променевому нагріванні Вимога фракційного випаровування металокерамічних Доцільно, щоб додаткові фрагменти-вставки, сумішей накладає визначені обмеження на склад, розміщені у середній і нижній частині керамічної структуру, а також товщину градієнтної перехідної основи, були виготовлені переважно з неметалезони Крім того, викладений у прототипі ПІДХІД не вого матеріалу з тим, щоб матеріал цих фрагмендозволяє створювати необхідні градієнти складу і тів-вставок випаровувався та конденсувався одноструктури, як металевого зв'язуючого шару, так і часно з керамічною основою зливка, формуючи верхнього керамічного шару склад і структуру верхніх керамічних шарів градієнтного покриття В основу цього винаходу поставлена задача В основу цього винаходу поставлена, зокрема, вдосконалити композиційний зливок, за рахунок задача вдосконалити композиційний зливок за змінювання його конструкції, для одержання шлярахунок змінювання його конструкції для одержанхом випаровування функціонально градієнтного ня шляхом випаровування термобар'єрного функпокриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на метаціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ келевій підкладці у процесі здійснення одностадійнорамічним шаром на металевій підкладці для го процесу осадження покриття здійснення одностадійного процесу осадження Поставлена задача вирішена тим, що запропокриття понований композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтноПоставлена задача вирішена тим, що запрого покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на мепонований композиційний зливок для одержання 56228 10 ходом, керамічна основа зливка виготовлена з АІ2Оз і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей Таке рішення забезпечує одержання не тільки жаростійких і ерозійностійких, але й твердих і зносостійких покриттів на основі АІ2Оз Переважно, щоб при виконанні керамічної основи зливка з АІ2Оз, перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає метали Sn, Al, Cu, Керамічна основа зливка, виконана з ZrO2, що Fe, Ni, CO, Cr, Y, сплави MCr і MCrAlY (де М = Sn, має низьку теплопровідність, визначає термобаCu, Fe, Ni, CO), штерметаліди залізу, нікелю та р'єрні властивості одержуваного градієнтного покобальту, силіциди хрому, органічні сполуки, що криття, а наявність фрагментів - вставок із метамістять вуглець, металокерамічні суміші М- АІ2Оз, левих і неметалевих матеріалів необхідних форм і M-Ni- АІ2О3 (де М = Sn, Al, Cr, Y, Fe, Cu), Sn-Crрозмірів, забезпечує при безперервному випароAI2O3 вуванні та подальшій конденсації парової фази на підкладці формування градієнтного багатошаровоСаме таке рішення забезпечує у даному випаго покриття заданого складу й структури дку одержання оптимальної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує Переважно, щоб, при виконанні керамічної освисоку адгезію жаростійких і ерозійностійких функнови зливка з ZrO2, перша вставка й додаткові ціонально градієнтних покриттів на основі АІ2Оз фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, Переважно при цьому, щоб додаткові фрагмеобраного з групи, яка включає метали Al, Si, Fe, Ni, нти-вставки, розміщені у середній і нижній частині Co, Cr, Mn, Y, Pt, Zr, Hf, сплави типу MCr і MCrAlY керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обра(де M = Fe, Ni, Co), штерметаліди нікелю, кобального з групи, яка включає оксиди Сг2Оз, MgO, SiO2, ту, платини, силіциди хрому, органічні сполуки, що ZrO2, Y2O3, В2О3 містять вуглець, кераміку АІ2ОЗ, Сг2ОЗ, металоТаке рішення дозволяє сформувати плавну керамічні суміші типу M-Y- ZrO2, M-Y-Pt- ZrO2, M-Yперехідну зону між зв'язуючими металевими та AI2O3- ZrO2 (де М = Al, Cr), керамічні суміші АІ2Озверхніми керамічними шарами даного градієнтного Сг2О3- Y2O3- ZrO2 покриття на основі АІ2Оз Таке рішення сприяє формуванню оптимальВ основу цього винаходу поставлена також ної структури контактної зони підкладка - зв'язуюзадача вдосконалити композиційний зливок для чий шар, що забезпечує високу адгезію термобаодержання шляхом випаровування твердих і знор'єрного покриття на основі ZrO2 состійких функціонально градієнтних покриттів із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підклаПереважно при цьому, щоб додаткові фрагмедці за рахунок змінювання його конструкції для нти-вставки, розміщені у середній і нижній частині здійснення одностадійного процесу осадження керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обрапокриття ного з групи, яка включає оксиди АІ2Оз, Y2O3, І_а2Оз, СеО2, HfO2, SiO21 їх суміші Поставлена задача вирішена тим, що запропоновано ще один, третій, варіант композиційного Таке рішення дозволяє сформувати плавну зливка для одержання шляхом випаровування перехідну зону між зв'язуючими металевими та функціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ верхніми керамічними шарами даного градієнтного керамічним шаром на металевій підкладці, що має покриття на основі ZrO2 керамічну основу й розміщену в и верхній частині В основу цього винаходу поставлена, зокрема, першу вставку, виготовлену із суміші металів або задача вдосконалити композиційний зливок за сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари рахунок змінювання його конструкції для одержанпри температурі випаровування, у якому, за винаня шляхом випаровування жаростійких і ерозійноходом, керамічна основа зливка виготовлена з стійких функціонально градієнтних покриттів із карбіду титану ТіС і в залежності від потрібної буЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладови градієнтного покриття містить у її верхній дці для здійснення одностадійного процесу осаі/або середній і/або нижній частині щонайменше дження покриття один додатковий фрагмент-вставку, склад якого Поставлена задача вирішена тим, що запровідрізняється від згаданої першої вставки і який понований інший варіант композиційного зливка виготовлений з металевих і/або неметалевих мадля одержання шляхом випаровування функціотеріалів або їх сумішей нально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має кераПереважно, щоб, при виконанні керамічної осмічну основу й розміщену в її верхній частині нови зливка з ТіС, перша вставка й додаткові фрапершу вставку, виготовлену із суміші металів або гменти-вставки, розміщені у верхній частині керасплавів і оксидів, що мають різну пружність пари мічної основи, були виготовлені з матеріалу, при температурі випаровування, у якому, за винаобраного з групи, яка включає метали Sn, Al, Cu, шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка виготовлена з частково або повністю стабілізованого ZrO2 і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей 12 11 56228 Fe, Ni, Co, Cr, сплави MCr, MCrAi (де M = Sn, Cu, широкому діапазоні температур плавлення та Fe, Ni, Co), NiCo, органічні сполуки, що містять пружності пари Вставка випаровується останньою вуглець, металокерамічні суміші Со-ТіС, NI-TIC, Crі завершує формування градієнтного покриття, Со-ТіС, Cr-Ni-TiC, Sn-Cr-Ni (Co) -TiC, Sn-Cr-Ti-TiC зокрема, її склад і умови конденсації визначають В даному випадку саме таке рішення забезпеступінь шорсткості поверхні покриття чує одержання оптимальної структури контактної Ідентичність форми, розмірів, внутрішньої бузони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує дови та складу композиційних зливків для даного високу адгезію жаростійких і ерозійностійких функтипу покриттів, обумовлена технологічною простоціонально градієнтних покриттів на основі ТіС тою та прецизійністю їх виготовлення традиційними металургійними методами, насамперед метоПереважно при цьому, щоб додаткові фрагмедами порошкової металурги, при постійних нти-вставки, розміщені у середній і нижній частині оптимальних параметрах випаровування та конкерамічної основи, були виготовлені з матеріалу, денсації, забезпечує високий рівень повторюванообраного з групи, яка включає ZrC, HfC, СГ3С2, Т1В2 сті складу структури та властивостей градієнтних і їх суміші покриттів Таке рішення дозволяє сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та Технічна суть і принцип винаходу пояснюютьверхніми керамічними шарами даного градієнтного ся на прикладах його втілення з посиланнями на покриття на основі ТіС рисунки, що додаються, де Указана вище задача вдосконалити композиФіг 1 представляє схему будови композиційноційний зливок для одержання шляхом випаровуго зливка вання твердих і зносостійких функціонально градіФіг 2 представляє схему будови композиційєнтних покриттів із ЗОВНІШНІМ керамічним шаром ного зливка Ci4Hio/(NiCr)AI/Zr02(Y203) (а) і розпона металевій підкладці вирішена також тим, що діл основних елементів по перерізу градієнтного запропонований ще один, четвертий, варіант комтеплозахисного покриття, одержаного його випапозиційного зливка для одержання шляхом випаровуванням, після вакуумного відпалу при 1050°С ровування функціонально градієнтного покриття із протягом 2-х годин (Ь) ЗОВНІШНІМ керамічним шаром на металевій підклаФіг 3 представляє схему будови композиційдці, що має керамічну основу й розміщену в її верного зливка MCrAIY/13AI-0,2Y-2 AI2O3- 84,8ZO2/ хній частині першу вставку, виготовлену із суміші ZrO2(Y2Os) (а) і розподіл основних елементів по металів або сплавів і оксидів, що мають різну пруперерізу градієнтного теплозахисного покриття, жність пари при температурі випаровування, у одержаного його випаровуванням (Ь) якому, за винаходом, керамічна основа зливка Фіг 4 представляє схему будови композиційвиготовлена з дибориду титану ТіВа і в залежності ного зливка CeO2/ZrO2(7 Y2Os) (а) і розподіл основід потрібної будови градієнтного покриття містить вних елементів по перерізу градієнтного теплозау и верхній і/або середній і/або нижній частині щохисного покриття, одержаного його найменше один додатковий фрагмент-вставку, випаровуванням (Ь) склад якого відрізняється від згаданої першої Фіг 5 представляє схему будови композиційвставки і який виготовлений із металевих і/або ного зливка 48Sn-52Cr/ АІ20з/Мд0 (а) і розподіл неметалевих матеріалів або їх сумішей основних елементів по перерізу захисного покриття, одержаного його випаровуванням (Ь) У цьому випадку переважно, щоб перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у Фіг 6 представляє схему будови композиційверхній частині керамічної основи, виготовлені з ного зливка 10АІ-90СО/ТІС/ТІВ 2 (а) і розподіл осноматеріалу, обраного з групи, яка включає метали вних елементів по перерізу твердого покриття, Sn, АІ, Si, CU, Fe, Ni, Co, Cr, Y, сплави MCr (де М = одержаного його випаровуванням (Ь) Sn, Cu, Fe, Ni, CO), СИЛІЦИДИ кобальту, органічні Керамічна основа зливка 1 (Фіг 1) переважно у сполуки, що містять вуглець, металокерамічні сувигляді циліндра, має ряд внутрішніх порожнин, у міші Cr-TiB2, Sn-TiB2, Y-T1B2, Sn-Cr-TiB2, Sn-Ti-TiB2 яких розташовані фрагменти-вставки 2 - 7 із металевих і неметалевих матеріалів У верхній частині В даному випадку саме таке рішення забезперозташовані фрагменти-вставки 2, 3 і 4 у середній чує одержання оптимальної структури контактної і нижній - 5, 6 і 7 Як відзначалось раніше, залежно зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує від призначення градієнтного покриття матеріалом високу адгезію жаростійких і ерозійностійких функоснови композиційного зливка можуть бути різні ціонально градієнтних покриттів на основі ТіВ2 тугоплавкі сполуки ZrO2, АІ2Оз, ТіС, ТіВ 2 та ш Переважно при цьому, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині Фрагмент-вставка 2 має форму невеликого керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обрациліндричного зливка, виготовленого переважно з ного з групи, яка включає ZrB2, ТіС, ZrC, HfC і їх металевих матеріалів (металів, сплавів, інтермесуміші талідів) Наприклад, при осадженні термобар'єрних покриттів, коли керамічна основа зливка 1 виТаке рішення дозволяє сформувати плавну готовлена з частково або повністю стабілізованого перехідну зону між зв'язуючими металевими та ZrO2, матеріалом фрагмента - вставки 2, залежно верхніми керамічними шарами даного градієнтного від ХІМІЧНОГО складу підкладки і потрібних властипокриття на основі ТіВ2 востей покриття, можуть бути АІ, Мі, Cr, R, MCrAlY, Формування верхнього шару зі складної багаNiAl, (NiCr) АІ, (МІРІ) АІ, PtAI, Cr3Si та ш Для твертофазної кераміки досягається розміщенням у дих, ерозійностійких і зносостійких покриттів керанижній частині зливка, яка контактує з охолоджумічною основою зливка є АІ2Оз, ТіС, ТіВ2 або комваною поверхнею тигля або механізмом переміпозиції на їх основі, а матеріалом фрагментащення зливка, вставки з неметалевих матеріалів у 14 13 56228 вставки 2 можуть бути Sn, Al, Cu, Fe, Mi, Co, Cr, Y і леток 7, вводять у керамічну основу зливка для їх сплави змінювання складу та структури по товщині керамічного шару, який створюється у процесі випароТехніка випаровування композиційного зливка вування та конденсації керамічної основи зливка за допомогою концентрованого джерела енергії, Насамперед із метою одержати шарові градієнтні переважно електронного променя, подібна техніці склади та структури і, отже, ВІДПОВІДНІ фізиковипаровування звичайного керамічного зливка механічні властивості ЩІЛЬНІСТЬ, теплопровідність, Композиційний ЗЛИВОК розташовують у мідний вотвердість та ш доохолоджуваний тигель Нагрівання й випаровування починають із верхнього торця зливка та Переваги запропонованого композиційного продовжують безперервно до повного випаровузливка ілюструють такі приклади вання зливка Поверхню випаровування, як правиПриклад 1 ло поверхню рідкої ванни, підтримують на постійКерамічний зливок складався з керамічної осному рівні, переміщуючи зливок угору за нови ZrO2-7% Y2O3 діаметром 69мм, висотою допомогою механізму переміщення Для зливків 37мм і вагою ~500г, фрагмента 2 у вигляді таблетневеликої висоти, приблизно 10 - 20мм, переміки інтерметаліду (NiCr)AI діаметром 64мм висотою щення зливка не обов'язково Змм і вагою 40г, а також мав додатково фрагмент З у вигляді маленької таблетки антрацену (СібНю) При нагріванні поверхні композиційного зливка вагою 0,5г Зливок був розташований у мідний фрагмент-вставка 2 випаровується першим і заводоохолоджуваний тигель із механізмом перемібезпечує формування металевого зв'язуючого щення зливка по мірі його випаровування шару (або шарів) Фрагменти-вставки 3, один або декілька, у фоОсадження парового потоку здійснювали безрмі таблеток або стовпчиків розташовуються по посередньо на поверхню зразка нікелевого сплаколу кругом фрагмента - вставки 2, якщо є необву, що містить 26ваг % Сг і 15ваг% W Зразки махідним додатковий вплив на склад і структуру зв'яли форму дисків діаметром 12мм і товщиною Змм зуючого шару, одержаного випаровуванням фрагВони закріплювались на поверхні тримача зразків мента - вставки 2 діаметром 60мм і довжиною 100мм, приєднаного до горизонтального валу, що обертається під час При рівномірному нагріванні поверхні компоосадження покриттів з швидкістю 25об/хв Відзиційного зливка фрагмент-вставка (або фрагменстань від поверхні зразків до поверхні випаровути-вставки) 3, залежно від складу й розташування вання зливків дорівнювала 300мм Осадження по відношенню до поверхні зливка (див Фіг 1), парового потоку здійснювали безпосередньо на випаровується перед початком, одночасно або у поверхню зразка нікелевого сплаву, що містить КІНЦІ випаровування фрагмента - вставки 2, що, 26ваг % Сг і 15ваг % W Температура попередньотаким чином, дозволяє розширити діапазон регуго підігрівання зразка, здійснюваного електронним лювання складу і структури зв'язуючого шару променем, становила 1000°С Потужність електЗа допомогою фрагментів - вставок 3 легко ронного променя для випаровування композиційздійснити введення у зв'язуючий шар добавок таного зливка дорівнювала ~32,0кВт Швидкість конких елементів як Al, Si, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Y, Pt, Zr, денсації парового потоку на поверхні зразка Hf, кераміки АЬОз і СГ2О3, металокерамічних сумідорівнювала 5 мкм/хв, ВІДПОВІДНО шей, а також сформувати додаткові шари Наприклад, випарити фрагмент-вставку 2, осадити шар MCrAlY, а зверху його накрити шаром алюмініду нікелю або платини за допомогою випаровування фрагмента - вставки (фрагментів - вставок) 3 ВІДПОВІДНОГО складу Особливо слід виділити можливість початкового випаровування фрагмента вставки (фрагментів - вставок) 3, що складаються з органічних сполук вуглецю, і формування шарів, що містять карбідні фази Наприклад, випаровування антрацену СиН-ю, температура плавлення якого, як відомо, дорівнює216°С, а температура кипіння 351 °С Фрагмент-вставка 4 має форму таблетки, розташовується під фрагментом-вставкою 2 і випаровується після випаровування фрагментів - вставок 2 і 3 Він уводиться до складу композиційного зливка, якщо необхідно сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами градієнтного покриття Згідно 3 цим призначенням таблетка фрагмента-вставки 4, як правило, складається із сумішей металів і керамік або керамік Наприклад, для термобар'єрних покриттів це - суміші типів метал-оксид або оксид-оксид AI-Y-ZrOz, AI-Y-Pt-ZrO2, Al-Y- AI2O3ZrO2, АІ2Оз -Сг2Оз - Y2O3 - ZrO2 Керамічні фрагменти-вставки 5, 6 і 7, які мають форму стовпчиків 5, циліндрів і конусів 6 або таб Випаровування композиційного зливка при безперервному електронно-променевому нагріванні відбувалось у такій ПОСЛІДОВНОСТІ антрацен^мнтерметалід^кераміка У процесі випаровування й конденсації на нагрітій підкладці відбувалася дисоціація антрацену зі створенням на поверхні конденсації тонкого шару вуглецю, який взаємодіє з карбідоутворюючими елементами підкладки (W, Сг), і зв'язуючого шару інтерметаліду, збагаченого хромом На фіг 2а,b показана схема композиційного зливка варіанта 1 - 2 - 3 і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного теплозахисного покриття після вакуумного відпалу зразка з покриттям при 1050°С протягом 2 годин Звертає увагу присутність трьох концентраційних ПІКІВ (указані стрілками) на кривих розподілу W і Сг у перехідній зоні підкладка/покриття, яка містить вуглець Як показали додаткові металографічні дослідження, піки вольфраму та хрому відповідають карбідам вольфраму та хрому, що утворилися в матриці сплаву в результаті взаємодії плівки вуглецю з підкладкою Пік хрому праворуч відповідає карбіду хрому, що утворився у результаті взаємодії вуглецю із зоною багатого хромом зв'язуючого шару (Мі, Сг)АІ Між ЦИМ ПІКОМ хрому і ЗОВНІШНІМ керамічним шаром розташований шар інтерметаліду NiAl з 5 16 15 56228 бваг % хрому товщиною приблизно Юмкм Таким хні випаровування зливка дорівнювала 300мм чином, зв'язуючий шар у цьому прикладі загальТемпература попереднього підігрівання зразків, ною товщиною приблизно 15мкм складається з здійснювана електронним променем, дорівнювала двох шарів шару, що містить карбіди W і Сг, і ша350°С Випаровування композиційного зливка тару штерметаліду з 5 - бваг % Сг кож здійснювалось електронним променем потужністю 20 - 25кВт Середня швидкість конденсації Підвищуючи масу фрагментів 2 і 3 і варіюючи парового потоку на підкладці була приблизно 3 + температуру осадження покриття та подальшого 4мкм/хв ПОСЛІДОВНІСТЬ випаровування компоненвідпалу можна збільшити загальну товщину подібтів зливка така ного зв'язуючого шару у декілька разів Приклад 2 Композиційний ЗЛИВОК складався з керамічної На фіг 5а,b показана схема композиційного основи ZrO2 - 7вес % Y2O3 діаметром 69мм, висозливка варіанта 1 - 2 - 6 і розподіл основних елетою 45мм і вагою ~500г, фрагмента 2 у вигляді ментів по перерізу градієнтного захисного покритневеликого зливка MCrAlY (20ваг % Со, 20ваг % тя на основі АЬОз загальною товщиною -ЮОмкм, Сг, 12ваг% АІ, 0,2ваг% Y, решта Ni) діаметром осадженого на підкладку з Ті 64мм, висотою 9мм, вагою 120г і фрагмента 4 у Насамперед слід відзначити хорошу адгезію вигляді металокерамічної таблетки 13ваг% АІ покриття по всім трьом варіантам підкладок Fe, Ті, 0,2ваг % Y - 2ваг % АІ2О3 - 84,8ваг % ZrO2 діаметСи Цей результат можна пояснити, подібно приром 45мм, висотою 3 мм і вагою ~16г Осадження кладу 1, активною взаємодією рідкого олова з попокриття здійснювали безпосередньо на поверхню верхнею підкладки на початковому етапі формузразків сплаву Rene № 5 вання покриття при температурі 350°С В результаті між підкладкою та покриттям створюНа фіг За,Ь показана схема композиційного ється градієнтна перехідна зона (зв'язуючий шар) зливка варіанта 1 - 2 - 4 і розподіл основних елетовщиною 5 - бмкм Наступним є шар АЬОз товментів по перерізу градієнтного покриття після щиною ~40мкм (не показаний на фіг 5Ь) і шар осадження АЬОз + МдО2 товщиною приблизно бОмкм Як можна бачити з фіг ЗЬ, зв'язуючий шар складається з товстого прошарку (~30мкм) сплаву Варіюючи розмірні й вагові параметри кераміMcrAlY і тонкого (~2,0мкм) прошарку інтерметаліду чної основи зливка АЬОз і фрагментів 2 і 6 можна у (Мі, СО)АІ С приблизно 5ваг % Сг, прилеглого до широких межах міняти склад, структуру та властиповерхні розділу метал/кераміка Можна припустивості наведеного вище захисного покриття на ости, що АЬОз із фрагмента 4 знаходиться у прошанові АЬОз рку інтерметаліду у вигляді дисперсних часток Приклад 5 Підвищуючи вміст АІ у металокерамічній табКомпозиційний ЗЛИВОК складався з керамічної летці (фрагмент 4) з 13ваг% до 20ваг % можна у основи ТіС діаметром 69мм, висотою 20мм і вагою 1,5 - 1,6 рази збільшити ширину прошарку інтер~190г, фрагмента 2 у вигляді таблетки сплаву металіду (МіСо)АІ 10ваг% АІ- 90ваг % Со діаметром 25мм, висотою 2мм, вагою 7г, а також фрагмента 6 з Т1В2 у вигляПриклад З ді усіченого конуса з діаметром основи 36мм, виКомпозиційний ЗЛИВОК складався з керамічної сотою 10мм і вагою 22г Як і у попередньому приоснови ZrO2-7Bar % Y2O3 діаметром 69мм, високладі, осадження здійснювалось у стаціонарних тою 37мм і вагою ~500г Фрагменти 5 у вигляді умовах на поверхню зразків із заліза Температура трьох стовпчиків СеОг діаметром 6мм, довжиною попереднього підігрівання зразків - 900°С Потуж40мм і вагою 5,5г кожен були розташовані у ність електронного променя для випаровування центральній і нижній частинах зливка як показано композиційного зливка була ~25кВт Середня схематично на фіг 4а Відстань від верхнього торшвидкість конденсації становила 4 -ь 5мкм/хв ця зливка до першого стовпчика СеСЬ дорівнювала -12мм На фіг 6а,Ь представлена схема композиційноУмови випаровування та конденсації цього кего зливка варіанта 1 - 2 - 6 і розподіл основних рамічного зливка аналогічні раніше наведеним елементів по перерізу градієнтного твердого поприкладам криття на основі ТіС загальною товщиною На фіг 4Ь представлений розподіл основних ~110мкм, осадженого на підкладку із заліза при елементів по перерізу керамічного шару товщиною температурі 900°С 150мкм Виразно видно три мікрошари товщиною Легко бачити, що покриття містить перехідну ~5,0мкм кожен, що містять 15ваг % СеСЬ зону (зв'язуючий шар) товщиною ~10мкм, шар ТіС КОМПОЗИЦІЙНІ ЗЛИВКИ, ЩО МІСТЯТЬ фрагменти 6, товщиною приблизно 40мкм і шар ТІС + Т1В2 товдемонструють наступні приклади щиною ~60мкм Приклад 4 Слід підкреслити, що подібний розподіл одерКомпозиційний ЗЛИВОК складався з керамічної жано також для керамічної основи зливка з Т1В2, основи АЬОз діаметром 69мм, висотою 18мм і вафрагмента 2 з аналогічного сплаву 10ваг% АІ гою ~160г, фрагмента 2 у вигляді таблетки сплаву 90ваг % Со і фрагмента 6 з ТіС 10ваг% Sn -90ваг % АІ діаметром 25мм, висотою 4мм і вагою 7г, а також фрагмента 6 у вигляді усіченого конуса з МдО з діаметром основи 35мм, висотою 12мм і вагою 30г Підкладки з Fe, Ті і Си розміром 35 х 5 х 2мм закріплялись на плоскій поверхні стаціонарного пристрою Відстань від поверхні зразків до повер 17 18 56228 ю (NiCr)AI Z r O 2 ( Y 2 O 3 ) ФІГ 2a ФІГ 1 MCrAiY CnnaBNiCrW 13A)~G,2Y-2A!2OrS4,8ZrO2 Зв'язуючий шар ФІГ 2b ФІГ За 19 20 56228 ZrO2(7Y2O3) CeOФІГ. ЗЬ ФіГ 4a 4 8 S n 5 2 C r МаО Керамічний шор ФІГ. 4Ь ФІГ 5a 1 0 A I 9 0 C O ФІГ 5b ФІГ. 6a Підкладко Fe Покри •кригтв ФІГ 6Ь Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюComposite ingot for producing by evaporating a functionally gradient cover with outer ceramic layer on metal lining (versions)
Автори англійськоюMovchan Borys Oleksiiovych
Назва патенту російськоюКомпозиционный слиток для получения путем выпаривания функционально градиентного покрытия с внешним керамическим пластом на металлической подкладке (варианты)
Автори російськоюМовчан Борис Алексеевич
МПК / Мітки
МПК: C23C 14/24
Мітки: одержання, композиційний, підкладці, зливок, шаром, варіанти, градієнтного, випаровування, функціонально, покриття, зовнішнім, шляхом, металевій, керамічним
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-56228-kompozicijjnijj-zlivok-dlya-oderzhannya-shlyakhom-viparovuvannya-funkcionalno-gradiehntnogo-pokrittya-iz-zovnishnim-keramichnim-sharom-na-metalevijj-pidkladci-varianti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці (варіанти)</a>
Попередній патент: Резервована система обробки технологічної інформації
Наступний патент: Спосіб контролю герметичності виробів
Випадковий патент: Спосіб прогнозування зрощення перелому