Спосіб (варіанти) і пристрій для нанесення теплозахисного покриття

Формула / Реферат | Подібні патенти | МПК / Мітки | Додаткова інформація | Код посилання

Номер патенту: 113608

Опубліковано: 27.02.2017

Автори: Кузьмичов Анатолій Іванович, Шагінян Леонід Робертович, Кононенко Юрій Григорович, Мелоуні Майкл Дж., Білоусов Ігор Володимирович, Маллулі Джон Ф.

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб нанесення теплозахисного покриття на деталь, у якому: розміщують деталь в камері осадження, прикладають перший електричний потенціал до деталі, розпилюють компоненти для утворення матеріалу осадження, іонізують розпилені компоненти та модулюють перший електричний потенціал так, щоб притягувати іонізовані компоненти до деталі, де модуляція включає:

множину перших стадій для ППФО - плазмового парофазного осадження, кожна з яких включає серію імпульсів негативного потенціалу, та

множину других стадій для ПФО - безплазмового парофазного осадження, які чергуються з першими стадіями.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що: ширина імпульсу tі становить £10-3 с,

робочий цикл D імпульсів становить 0,1£D£0,99,

пауза між імпульсами tр становить ³0,5×10-6 с,

тривалість Т1 кожної першої стадії становить 10£Т1£1000 с, та

тривалість Т2 кожної другої стадії становить 10£Т2£1000 с.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні в одній з перших стадій:

номінальна напруга негативних імпульсів становить 0,5-10 кВ, та

частота повторення імпульсів становить 0,05-1000 кГц.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що у вказаній принаймні одній з перших стадій:

номінальна напруга становить 3-5 кВ для більшості імпульсів,

частота повторення імпульсів становить 0,5-5 кГц для більшості імпульсів, та

робочий цикл складає 0,8-0,9 для більшості імпульсів.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що модуляція включає стадію, на якій:

величина імпульсів негативного потенціалу зростає протягом кількох перших стадій.

6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що:

величина імпульсів зростає на 50-500 % відносно величини першого імпульсу першої стадії.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що модуляція включає стадію, на якій:

величина імпульсів постійно зростає протягом принаймні однієї з перших стадій.

8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що:

величина імпульсів зростає на 50-500 % відносно величини першого імпульсу першої стадії.

9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що модуляція включає стадію, на якій:

робочий цикл імпульсів постійно зростає протягом принаймні однієї з перших стадій.

10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що: робочий цикл зростає на 50-900 %.

11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що:

деталь являє собою деталь турбіни з суперсплаву, а матеріал являє собою YSZ.

12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що:

іонізацію модулюють.

13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що матеріал теплозахисного покриття осаджують на деталь до товщини принаймні 0,05-1,0 мм.

14. Спосіб нанесення теплозахисного покриття на деталь, у якому: поміщають деталь до камери осадження, прикладають перший електричний потенціал до деталі, розпилюють компоненти для утворення матеріалу ТЗП, іонізують розпилені компоненти та активний газ, і

модулюють перший електричний потенціал так, щоб притягувати іонізовані компоненти до деталі, де модуляція включає:

множину перших інтервалів, кожен з яких включає серію імпульсів негативного потенціалу, та

множину других інтервалів, які чергуються з першими інтервалами і кожен включає перший потенціал, який здебільшого є нульовою напругою.

15. Пристрій для осадження теплозахисного покриття на деталь, який включає: камеру осадження,

матеріал осадження, який принаймні частково знаходиться всередині камери осадження,

перше електронно-променеве джерело, розташоване так, що перший електронний промінь розпилює частину матеріалу осадження,

систему іонізації, розташовану для іонізації розпиленого матеріалу та активного газу,

джерело напруги зміщення, приєднане для подачі електричного потенціалу до деталі, та

контрольний пристрій, з'єднаний з джерелом напруги зміщення та налаштований для прикладання вказаного електричного потенціалу в:

множині перших стадій для ППФО - плазмового парофазного осадження, кожна з яких включає серію імпульсів негативного потенціалу, та

множині других стадій для ПФО - безплазмового парофазного осадження, які чергуються з першими стадіями.

16. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що:

контрольний пристрій налаштований для постійного зростання величини імпульсів протягом принаймні однієї з перших стадій.

17. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що додатково включає: тигель, що містить матеріал осадження теплозахисного покриття, та

індуктор над тиглем.

18. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що додатково включає: генератор плазми з електродами та плазмогенеруюче джерело газу кисню з виходом, що спрямовує плазмогенеруючий газ-кисень до субстрату.

19. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що додатково включає:

дуговий розрядний генератор плазми з електродами, виготовленими з матеріалу осадження.

20. Пристрій за п. 19, який відрізняється тим, що додатково включає дуговий розрядний генератор плазми з:

керамічним електродом (286), та

нагрівачем (290) для нагрівання керамічного електрода до температури, при якій з′являється електропровідність кераміки.

Текст

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме - до способу і пристрою для нанесення теплозахисних покриттів на деталь. Спосіб полягає в тому, що деталь розміщують в камері осадження та перший електричний потенціал подають на деталь. Компоненти матеріалу осадження розпилюють і в газовій фазі іонізують. Перший електричний потенціал модулюють так, щоб притягувати іонізовані компоненти до деталі. Модуляція включає множину перших стадій для ППФО - плазмового парофазного осадження. Кожна з перших стадій включає серію імпульсів негативного потенціалу. Модуляція включає також множину других стадій для ПФО безплазмового парофазного осадження, які чергуються з першими стадіями. Винахід забезпечує підвищення якості та адгезійної міцності покриття, що осаджується на деталь. UA 113608 C2 (12) UA 113608 C2 UA 113608 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способу та конструкції пристрою для нанесення покриття на деталь і стосується газотурбінних двигунів. Більш конкретно, винахід стосується теплозахисних покриттів для деталей газотурбінних двигунів. Деталі газопроводу газотурбінного двигуна протягом різних фаз роботи двигуна піддаються екстремальному нагріванню та тепловим перепадам. Термомеханічні навантаження та втома в результаті їх, сприяють виходу деталі з ладу. Значні зусилля здійснюються для охолодження таких деталей та забезпечення теплозахисного покриття для підвищення їх довговічності. Приклади систем теплозахисних покриттів включають двошарові системи теплозахисних покриттів. Приклади систем включають зв'язувальне покриття NiCoCrAlY (напр., нанесене плазмою низького тиску) та теплозахисне покриття (ТЗП) на основі оксиду цирконію, стабілізованого ітрієм (YSZ, такий як 7YSZ). При осадженні шару ТЗП або під час першого циклу нагрівання над шаром зв'язувального покриття утворюється шар термічно-вирощеного оксиду (ТВО) (напр., оксиду алюмінію). Коли час при температурі та кількість циклів збільшується, цей поверхневий шар ТВО зростає в товщину. Патенти США 4,405,659 та 6,060,177 описують приклади таких систем. Приклади ТЗП застосовуються до товщини 0,05-1,0 мм і можуть забезпечувати зниження температури основного металу (напр., суперсплаву на основі Ni або Co) більш ніж на 300 °F. Це температурне зниження веде до підвищеної стійкості деталі, вищих робочих температур турбіни та підвищеної ефективності турбіни. Патент США 5,652,044, виклад якого включений сюди за посиланням у всій його повноті, описує систему для утворення почергових шарів ТЗП за допомогою переключення між режимом плазмового парофазного осадження (ППФО) та режимом безплазмового парофазного осадження (ПФО). Під час стадій ППФО іони плазми бомбардують поверхню, вкриту ТЗП, і вносять зміни до мікроструктури ТЗП, що впливає на теплопровідність ТЗП. Тобто, різкі переходи від мікроструктури одного режиму осадження до мікроструктури іншого режиму осадження дуже впливають на теплопровідність ТЗП через розсіювання фононів, які забезпечують теплопровідність, та фотонів на переходах (а саме на поверхнях розділу між мікроструктурами). Почергові стадії мають приблизно однакову тривалість. В одному експерименті товщина шарів в обох режимах була 2 мкм; в іншому шари ПФО були 2 мкм, а шари ППФО були 1 мкм. Було виявлено, що поєднання шарів однакової товщини має нижчу теплопровідність, ніж поєднання шарів неоднакової товщини та одношарові покриття відповідної товщини. КОРОТКИЙ ОПИС ВИНАХОДУ Один з варіантів винаходу включає спосіб нанесення матеріалу на деталь. Спосіб включає розміщення деталі в камері осадження та прикладання першого електричного потенціалу до деталі. Компоненти напиляють для утворення матеріалу. Напилені компоненти іонізують. Перший електричний потенціал модулюють так, щоб притягувати іонізовані компоненти до деталі. Модуляція включає ряд перших стадій для ППФО. Кожна з перших стадій включає серію імпульсів негативного потенціалу. Модуляція включає також ряд других стадій для ПФО, які чергуються з першими стадіями. Подробиці одного або більше варіантів пояснюються в супровідних кресленнях та нижченаведеному описі. Інші особливості, об'єкти та переваги будуть зрозумілі з опису та креслень, та з формули винаходу. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ ФІГ. 1 - частково схематичний вигляд системи покриття. ФІГ. 2 - графік потенціалу, який прикладають до деталі, що покривається в системі згідно з ФІГ. 1. ФІГ. 3 - графік різниці потенціалів. ФІГ. 4 - графік потенціалу в альтернативній фазі осадження ППФО для системи згідно з ФІГ. 1. ФІГ. 5 - графік потенціалу в другій альтернативній фазі осадження ППФО для системи згідно з ФІГ. 1. ФІГ. 6 - графік потенціалу в третій альтернативній фазі осадження ППФО для системи згідно з ФІГ. 1. ФІГ. 7 - частково схематичний вигляд альтернативного пристрою/системи покриття. ФІГ. 8 - частково схематичний вигляд другого альтернативного пристрою/системи покриття. ФІГ. 9 - частково схематичний вигляд третього альтернативного пристрою/системи покриття. ФІГ. 10 - частково схематичний вигляд четвертого альтернативного пристрою/системи покриття. Подібні номери та позначення на різних кресленнях вказують на подібні елементи. 1 UA 113608 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ На ФІГ. 1 зображено приклад системи осадження 20. У механічному та електричному відношенні система 20 може являти собою будь-яку з численних систем, наявних на даний момент або розроблених у майбутньому. Система 20 має контролер 22 (напр., мікроконтролер або мікрокомп'ютер), котрий аналогічно може програмуватись або налаштовуватись іншим чином як наявний або майбутній контролер; проте, з наступними модифікаціями (обговорюються нижче). Приклад такої системи ґрунтується на патенті США 5652044 (далі патент 5652044). Інтервали ПФО (зокрема, електронно-променеве ПФО або ЕППФО) можуть бути такі ж, як і в патенті 5652044. Приклад такої системи має подальші модифікації до інтервалів ППФО (також відомих як іонно-електронно-променеве осадження з газової фази (ІЕППФО)) з патенту 5652044. Приклад системи 20 включає камеру 24 з внутрішньою частиною 26, сполученою з джерелом вакууму 28. У варіантах системи можливі джерела інертних та/або активних газів. Керамічний злиток 30 являє собою джерело матеріалу для нанесення покриття на субстрат (напр., виготовлену з суперсплаву деталь турбінного двигуна 32, таку як лопать, крило, панель камери згоряння і т.ін.). Електронно-променева гармата 34 розташована так, що електронний промінь 36 направляється на поверхню злитка для розпилення злитка. Генератор 40 сполучений з субстратом 32 для подання постійного та/або високочастотного потенціалу до субстрату. Імпульсний генератор 40 може замінювати базовий генератор (напр., з патенту 5652044), якщо останній не може працювати в імпульсному режимі. Наприклад, базовий генератор може вмикатись-вимикатись для створення довготривалого імпульсу джерела, але не має спроможності пульсувати з тривалістю, меншою ніж одна секунда. Джерело 46 потоку активного газу 48 показане з'єднаним з камерою. Активний газ може служити поповненням для компонентів, втрачених зі злитка 30. Наприклад, у випадку злитку YSZ (оксид цирконію ZrO2+Y для стабілізації) газом може бути кисень для заміни кисню, втраченого зі злитка. Наприклад, оксид цирконію під час ЕП-розпилювання втрачає деякі атоми кисню через часткову дисоціацію оксиду цирконію в умовах бомбардування високоенергетичними електронами. Таким чином, у просторі між злитком 30 та субстратом 32 знаходиться пара з хімічною формулою ZrOx (x

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Belousov Igor V., Kononenko Yuriy G., Kuzmichev Anatoly I., Shaginyan Leonid, Maloney Michael J., Mullooly John F.

Автори російською

Белоусов Игорь В.

МПК / Мітки

МПК: C23C 14/30, C23C 14/32, H05H 1/46, C23C 14/28, C23C 26/00

Мітки: теплозахисного, пристрій, покриття, нанесення, варіанти, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/12-113608-sposib-varianti-i-pristrijj-dlya-nanesennya-teplozakhisnogo-pokrittya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб (варіанти) і пристрій для нанесення теплозахисного покриття</a>

Подібні патенти