Спосіб отримання на підкладці захисного покриття з градієнтом хімічного складу та структури по товщині з зовнішнім керамічним шаром

УКРАЇНА 09) U А о„ 17473 (ІЗ) А (5і)б С 23 С 4/00, 30/00 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД без проведення експертизи по суті на підставі Постанови Верховно? Ради України Г* 3769-ХІІ від 23 XII 1993 р Публікується в редакції заявника (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ НА ПІДКЛАДЦІ ЗАХИСНОГО ПОКРИТТЯ З ГРАДІЄНТОМ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТА СТРУКТУРИ ПО ТОВЩИНІ З ЗОВНІШНІМ КЕРАМІЧНИМ ШАРОМ 1 (21)96041326 (22) 04.04.96 (24)06.05.97 (46)31.10.97. Бюл. Г 5 Ф (47) 06.05.97 (72) Мовчан Борис Олексійович, Рудий Юрій Ернстович, Малашенко Ігор Сергійович (73) Міжнародний центр електронно-променевих технологій Інституту електрозварювання їм. Е.О. Патона НАНУ (UA) (57) 1, Способ получения на подложке защитного покрытия с градиентом химического состава и структуры по толщине с внешним керамическим слоем, включающий электронно-лучевой нагрев керамического слитка из стабилизированного диоксида циркония, установленного в водоохлаждаемом тигле, его испарение и последующую конденсацию парового потока на нагретой подложке в вакууме, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что перед нагревом и испарением слитка осуществляют нагрев и испарение штабика (таблетки), размещенного на торце слитка, при этом штабик представляет собой спрессованную и отожженную в вакууме смесь металлов и оксидов, имеющих различную упругость пара при температуре испарения, и указанное градиантное покрытие получают нагревом, испарением и конденсацией последовательно штабика и керамического слитка. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществляют нагрев и испарение штабикЗ (таблетки) из смеси металлов и оксидов системы AI-At2O3-ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: I AI 5-40 АІгОз 1-60 ZrO2 Остальное 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществляют нагрев и испарение штабика (таблетки) из смеси металлов и оксидов системы AbSl-Y-Al2O3-ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мае, %: « AI 5-40 SI . 0,3-3 А!2Оз 3-84 Y • 0-1,5 ZrO2 Остальное 4. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществляют нагрев и испарение штабика (таблетки) из смеси металлов и оксидов системы AI-Cr-N!-Af2O3-Y-ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: AI 2-18 Сг " 5-40 NI 0-40 АІгОз 2-58 Y 0-1,5 ZrO2 Остальное 5. Способ поп, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществляют нагрев и испарение штабика (таблетки) из смеси системы АЬСг(Nl, Co)-Al2O3-Y-Pt~ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: AI 4-12 Сг Ю-25 N1 25-45 Со 25-45 АІгОз 1-60 Y 0.5-2,5 Pt ' 0,5-2,5 ZrO2 Остальное 00 174 73 Настоящее изобретение относится к области получения высокотемпературных материалов, используемых для защиты от окисления и газовой коррозии и в качестве защитных покрытий термонагруженных де- 5 талей газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания. В частности, изобретение относится к области электронно-лучевой технологии получения защитных покрытий с градиентом химического состава и структу- 10 ры по толщине (функционально градиентных покрытий - FG Coats) с внешним керамическим слоем на подложке испарением и конденсацией металлов/сплавов и химических соединений (оксидов), имеющих 15 различную температуру плавления и давление паров в вакууме. Функционально градиентные покрытия характеризуются непрерывным (плавным) или прерывистым (слоистым) изменением 20 химического состава и структуры по толщине защитного слоя. Градиент изменения химического состава и структуры можно получать различными технологическими процессами. 25 Общеизвестным примером способа получения защитного покрытия (с градиентом химического и фазового состава по толщине защитного слоя) является диффузионный способ получения покрытий с использовани- 30 ем методов химико-термической обработки (Тамарин Ю.А. Жаростойкие диффузионные покрытия лопаток ҐТД. М., Машиностроение, 1978, с. 134. Главным недостатком подобных защитных покрытий ввиду самого 35 способа их получения является низкая термическая стабильность защитного слоя в условиях высоких температур. Эти покрытия не могут обеспечить также тепловой защиты лопаток газовых турбин. 40 Другими способами получения защитных покрытий являются технологии плазменного напыления на воздухе (APS), вакуум-плазменного напыления (VPS, LPPS) и электронно-лучевого осаждения (EB-PVD) 45 покрытий на защищаемую подложку. Эти покрытия относятся к классу покровных (overlay), или независимых, покрытий. Известно (заявка РСТ WO 093/24676 от 09.12.93) применение нескольких плазмот- 50 ронов при нанесении теплозащитных и износостойких п о к р ы т и й , когда их формирование осуществляется гтутем программного изменения режимов работы плазмотронов, управляемых компьютером. 55 В результате достигается переменная концентрация упрочняющей фазы МеХ (где X кислород) по толщине наносимого слоя от 0% у подложки до оптимального значения 60-80-100% на внешней поверхности по крытия. Этот способ требует больших энергозатрат, весьма трудоемок, но главным недостатком является трудность стабилизации режимов работы плазмотронов для точного воспроизведения требуемого градиента состава и структуры по толщине защитного покрытия. Способ получения толстого ( д < 2 мм) градиентного покрытия, состоящего из отдельных микрослоев ( д ~ 70 мкм) переменного состава с плоской границей раздела между слоями с использованием одного плазмотрона, имеющего два раздельных питателя, описан Sampath S. et al. Thermal spray processing of FGMs/MRS Bulletin, 1995, 20, 1, p.-27-29 Там же приводится пример компьютерного обеспечения работы плазмотрона при нанесении градиентных покрытий NlCr-(ZrO2-8%Y2O3)co 100% керамики на поверхности защитного слоя. Суммарная толщина покрытия достигает 800 мкм. Однако такие покрытия недолговечны, так как наличие плоских границ между отдельными микрослоями создает благоприятные условия для зарождения на этих границах микротрещин, их роста и, как следствие, расслаивания и разрушения материала покрытия при термоциклировании. Для увеличения долговечности теплозащитных покрытий толщиной < < 250 мкм, 5 получаемых плазменным напылением на воздухе (APS), поверхность связующего слоя, например NI-10Co-18Cr-6,5AI-0,3Y, подвергаетсй дополнительному алитированию для того, чтобы получить во внешнем слое структуру интерметаллида типа /?(Ni,Co)AI с градиентом алюминия по толщине, когда на поверхности содержание алюминия достигает 26-30%. Указанный технологический прием повысил долговечность внешнего керамического слоя теплозащитного покрытия при циклическом изменении температуры 1135 •** 50°С (время цикла 1 час)с70до210-170 термоциклов (часов) [Wortman D.J. et al. Bond coat development for thermal barrier coating. Trans. ASME, J. Eng. forGas Turbines & Power, -1990, 112, 10, p. 527-530]. Подобные, градиентные по толщине покрытия MeCrAIHf и MeCrAIHfPt, получаемые комбинацией электронно-лучевого испарения стандартных сплавов MeCrAI и последующего ионного осаждения или катодного распыления гафния и платины, описаны в патенте США № 4123595 от 31.10.78. В патенте США № 4101715 от 18.07.78 предложено нанесение платины гальваническим путем на конденсированное покрытие CoCrAlY с последующей термообработкой в 174 73 вакууме, что позволило существенно увелибарьерного слоя 7гСЪ 7%Y2(h толщиной от чить коррозионную стойкость жаропрочных 125 до 1250 мкм. сплавов, имеющих градиент распределения Авторами патентов США № 4880614 от платины по толщине в наружном слое по14.11.89 и № 5015502 от 14 05.91 для увеликрытия CoCrAiYPt. Коррозионная стойкость 5 чения долговечности теплозащитного попокрытий, содержащих платину, улучшается крытия с внешним керамическим слоем из за счет ухудшения смачивания пленки АігОз частично стабилизированною диоксида расплавом солей. Недостатком вышеуказанциркония, получаемым электронно лучевым ных способов полученияградиентных корроосаждением а вакууме, предложено формизионностойких покрытий является высокая 10 ровать промежуточную однородную беспотеплопроводность и недостаточная термористую прослойку из высокочистого оксида стойкость защитного при многократных тепАігОз (толщиной 1 мкм) методами химичелосменах. ского осаждения (способ не раскрыт), при этом для получения градиента структуры В трехслойном покрытии металл-керамики типа MeCrAIY/ZrO2-8% Y2O3 для уве- 15 внешнего теплозащитного слоя рекомендуется использовать лазерное оплавление поличения термоциклической долговечности верхности керамического покрытия. внешнего керамического слоя между защищаемой подложкой и основным жаростойПриведенные выше решения являются ким слоем вводится п р о м е ж у т о ч н а я достаточно громоздкими в технологическом однофазная пластичная прослойка толщи- 20 плане и требуют использования дополниной 30-40 мкм, обеспечивающая градиент тельного оборудования и главное, длительконцентрации алюминия по толщине слоя от ного (4™8 часов) времени для получения на 3,5-5% у поверхности защищаемого сплава поверхности покрытия соответствующих до 11-13% на поверхности жаростойкого барьерных слоев в виде а-АІгОз. связующего слоя. Данное техническое ре- 25 В публикации (Schmitt-Thomas K.J. et al. шение реализуется последовательным элекThermal b a J e r coatings with improved тронно-лучевым и с п а р е н и е м сплавов oxidation resistance/Surface & Com. различного химического состава из двух неTechnology - 1994, 68/69. - p. 113-115) расзависимых источников в одной вакуумной сматривается возможность получения барькамере (патент Великобритании № 2252567 30 ерного слоя из оксида алюминия толщиной от 14.09.94, патент Германии № 4103994 от 2-5 мкм путем его реактивного распыления 09.06.93, патент Италии № 1247155 от в вакууме из отдельного источника. Оксид12.12.94). ная пленка формируется на поверхности жаростойких покрытий типа Ni-Cr, Nl-Cr-AI, Известен способ получения керамического покрытия, имеющего высокую прочно- 35 MeCrAiY (Co-31Ni-21Cr-8A!-0.3Y), получаемыхметодами LPPS. Указанное техническое сть сцепления с подложкой (промежуточным решение обеспечило увеличение окалиносвязующим покрытием) с использованием стойкости связующего слоя и сопротивлетехнологии электронно-лучевого испарения ние отслаиванию плазменно-нзпыленных в вакууме (патент США № 43213111 от 23.03.82). В этом патенте рассмотрено при- 40 керамических покрытий из стабилизированного диоксида циркония. мепнение отжига деталей со связующим слоем NI-Co-Cr-AI-Y, полученным плазменНаиболее близкий по совокупности приным напылением на воздухе или вакуумнознаков и потому взятый за прототип способ плазменным напылением (APS, VPS), во описан в патенте США № 4676994 от влажном водороде или низком вакууме и 45 30.06.87, кл. В 05 D 3/06, С 23 С 11/00. В возможное введение в промежуточный меэтом способе защитное покрытие с градиенталлический слой дисперсных частиц оксидтом химического состава и структуры по толных фаз для увеличения его термической щине с внешним керамическим слоем на стабильности при теплосменах. В патентах подложке, предварительно покрытой металСША I f 4405660 от 20.09.83 и № 4414249 от 50 лической жаростойкой связующей прослойSe 08.11.83 предложена полировка поверхнокой MeCrAJY с адаптивным слоем на основе сти связующего слоя NlCoCrAlY, полученнооксида АігОз. получают тем, что осуществляго методом вакуум-плазменного напыления, ют электронно-лучевой нагрев слитка из стаи его обработка в оксидирующей атмосфере билизированного диоксида ц и р к о н и я , с дозированным напуском кислорода для 55 установленного в водоохлаждаемом тигле, формирования мелкозернистой, прочно до его плавления и испарения с последуюсцепленной с подложкой пленки АігОз толщей конденсчацией парового потока. Таким щиной 0,5-2,5 мкм в качестве переходной образом получают градиентное покрытие из зоны металл-керамика перед электронно-лустабилизированного диоксида циркония с чевым осаждением керамического терморазличным размером зерна и плотностью 1 ЇЛ П 8 керамики R защитном спое. Плотность кераского состава и структуры по толщине с мического слоя ( f5-2 3 мкм), примыкающевнешним керамическим слоем путем исго к связующей прослойке, составляет 96% пользования в качестве предварительно исm теоретической, и ее достигают при скоропаряемого электронно-лучевым материала сти осаждения парового потока стехиомет- 5 смеси металлов (сплавов) и оксидов, имеюрического диоксида циркония 0,5 мкм/мин. щих различную упругость пара при темпераОписанный выше способ формирования туре испарения. защитных покрытий с градиентом химичеПоставленная задача решена тем, что в ского состава и структуры по тогщине позвопредложенном способе получения на подляет получить двух-, трех- или многослойные 10 ложке защитного покрытия с градиентом хикомпозиционные покрытия, как правило с мического состава и структуры по толщине плоскими поверхностями раздела мес внешним керамическим слоем, включаюталл/металл + оксид или оксид/оксид. Разщем электронно-лучевой нагрев керамического слитка из стабилизированного личие в физико-химических свойствах слоев, в первую очередь термических коэффициен- 15 диоксида циркония, установленного в водотов линейного расширения (ТКЛР), модуля охлаждаемом тигле, его испарение и послеЮнга, а также необратимые реакции окиследующую конденсацию парового потока на ния (газовой коррозии) на поверхностях разнагретой подложке в вакууме, согласно изодела в процессе эксплуатации вызывают бретению перед нагревом и испарением преждевременное разрушение покрытий, 20 слитка осуществляют нагрев и испарение преимущественно керамического слоя. штабики (таблетки), размещенного на торце слитка, при этом штабик представляет соУстранение или ограничение нежелабой спрессованную и отожженную в вакууме тельных физико-химических процессов на смесь металлов И'оксидов, имеющих различгранице металл - керамики можно осуществить созданием защитных покрытий с посте- 25 ную упругость пара при температуре испапенным (плавным) изменением состава и рения, и указанное градиентное покрытие получают нагревом и испарением с последуструктуры при переходе от одного слоя к ющей конденсацией последовательно штадругому. Такие покрытия могут быть получебика и керамического слитка. ны конденсацией из паровой фазы путем Размещение на торце испаряемого электронно-лучевого испарения многоком- 30 понентных смесей из одного источника, сослитка из стабилизированного диоксида циркония штэбика (таблетки) из смеси медержащих вещества с различной упругостью таллов (сплавов) и оксидов, имеющих разпара при температуре испарения. В работе личную упругость пара при температуре (Zinsmelster G. The direct evaporation of alloys/Vakuum - Technlk., 1964, I f 8, p. 233- 35 испарения, позволяет создать на подложке Se многослойные защитные покрытия с посте237 показано, что испарение двухкомпоненпенным (плавным) изменением состава и тных расплаврв всегда начинается с структурыпокрытия по толщине при перехоиспарения компонента, имеющего более выде от подложки к внешнему слою. Этот эфсокое давление пара. Затем, по мере увеличения количества испарившегося расплава, 40 фект достигается за счет фракционирования смеси компонентов определенного состава начинается испарение компонента с низким в процессе ее электронно-лучевого нагрева давлением пара. Эти различия проявляются и испарения из одного тигля. тем сильнее, чем выше концентрация элеПреимущество предлагаемого способа мента с высоким давлением пара в испаряемой смеси. В результате указанной 45 получения покрытия заключается в том, что при осуществлении электронно-лучевого напоследовательности изменения состава пагрева указанного штабика и керамического ровой фазы в процессе испарения и конденслитка, по достижении определенной темсации на подложке (покрываемой детали) пературы нагрева осуществляется последоформируется градиент концентрации ком50 вательное испарение компонентов смеси, понента по толщине покрытия. Таким обраформирующих переходную градиентную зозом, слой, прилегающий к подложке, ну, плавно переходящее в испарение самого содержит максимальное количество компокерамического слитка, формирующего нента с высоким давлением пара. внешний теплоизолирующий слой градиенЭто явление использовано в предлагае55 тного покрытия. мом способе получения защитных покрытий Для осуществления конденсации при с градиентом химического состава и струкболее низкой температуре подложки без туры по толщине. ухудшения адгезии целесообразно перед Поставлена задача усовершенствовать нагревом и испарением слитка осуществизвестный способ получения на подложке лять нагрев и испарение штабикз (таблетки) защитного покрытия с градиентом химиче 17473 из смеси металлов и оксидов системы AIАІ20з~2Ю2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: АІ • 5-40 АігОз 1-60 5 ZrOz Остальное Для улучшения смачиваемости подложки конденсируемым материалом целесообразно перед нагревом и испарением слитка осуществлять нагрев и испарение штабика 10 (таблетки) из смеси металлов и оксидов системы A(-ShY-A(2O3-ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: AI SI АігОз У ' 5-40 0,3-3 3-84 0-1,5 15 2гОг Остальное Для повышения надежности связующего покрытия целесообразно перед нагревом 20 и испарением слитка осуществлять нагрев и испарение штабика (таблетки) из смеси металлов и оксидов системы АІ-Сг-ІМІ-АІгОз-УZrO2 п р и с л е д у ю щ е м соотношении компонентов, мае. %: 25 AI 2-18 Сг N1 5-40 0-40 AfeOs 2-58 Y • 0-1,5 30 ZrOa • Остальное Для увеличения коррозионной стойкости градиентного покрытия целесообразно перед нагревом и испарением слитка осуществлять нагрев и испарение штабика (таб- 35 летки) смеси металлов и оксидов системы At-Cr-(Ni,Co)-Al203-Y-Pt-Zr02 п р и следующем соотношении компонентов, мас.%: AI 4-12 Сг 10-25 N1 25-45 Со 40 25-45 АігОз 1-60 Y 0,5-2 ,В Pt 0,5-2,5 45 Z1O2 Остальное * Предложенные выше системы покрытий являются каноническими в антикоррозионной защите изделий, работающих при высокой температуре в агрессивных газовых 50 потоках. В системе АІ-АІгОз-ггОз преимущественное испарение алюминия в первый момент воздействия электронного луча на штабик позволило осуществить конденса- 55 цию при температуре на 30-50°С ниже обычной без ухудшения а д г е з и и . Наличие алюминия во внутреннем слое градиентного покрытия компенсировало частичную диссоциацию АігОз в начальный момент при злек 10 тронно-лучевом нагреве, что улучшило спекаемость тонкого оксидного слоя АІ2О3, плавно переходящего через эвтектическую точку в слой диоксида циркония, обладающего высокой эрозионной стойкостью и теплоизолирующим эффектом даже в малых (3-5 мкм) толщинах. Тонкий слой диоксида циркония характеризуется мелкозернистой структурой и высокой вязкостью разрушения и имеет устойчивую химическую связь с АігОз в твердом состоянии. При использовании системы Af-SI-YAl2O3-ZrO2 малые добавки (1-3%) кремния в первую очередь улучшаютсмачиваемость подложки конденсируемым материалом, что увеличило адгезию покрытия на жаропрочных никелевых сплавах. В указанных количествах кремний повышает сопротивление газовой коррозии диффузионной зоны подложка-градиентное покрытие, а в комплексе с оксидом АігОз обеспечило двух-трехкратное увеличение дол говечности градиентного конденсированного покрытия в условиях теплосмен при максимальной температуре окружающей среды (газового потока) 11001150°С. Однако, диффузия кремния в защищаемые подложки из суперсплавов может снизить сопротивление ползучести материала диффузионной зоны подложка-покрытие, поэтому для стабильной эксплуатации при высокой температуре предложена другая композиция: At-Cr-Ni-Y-Al2O3-ZrO2, которая обладает исключительно высокой надежностью при использовании в качестве связующего слоя в конструкции теплозащитных покрытий, когда внешний керамический слой переходит в термобарьерный, получаемый последовательным испарением штабика и керамического слитка из частично стабилизированного диоксида циркония стандартного химического состава ZrO2-(7-8)% Y2O3. Существенное увеличение коррозионной стойкости градиентного покрытия достигнуто путем дополнительного введения в испаряемую смесь 0,-5-2,5% платины (система AHNI, CoJ-Cr-AbOa-Y-Pt-Zrtfc), особенно в средах, содержащих хлорид и сульфат натрия. Добавка платины в 1,5-2 раза повысила сопротивление солевой к о р р о з и и градиентных покрытий, стабилизируя защитные функции керамического слоя A!203-ZrO2 и ограничивая диффузионную подвижность отдельных компонентов в градиентной структуре конденсированного защитного покрытия, полученного испарением непосредственно из штабика. Испарение в вакууме заданного количества или конечной навески жаростойких материалов с различной упругостью пара из 11 174 7J 0п"пго источника ЯРПЯРТГЧ наиболее приемлемым способом получения покрытий с градиентной структурой, в частности, получения теплозащитных покрытий с внешним керамическим слоем 5 Плавный градиент химического состава и структуры защитного слоя по толщине обеспечивает лучшее согласование теплофичических характеристик {термического коэффициента линейного расширения, мо- 10 дуля Юнга и др ) структурных составляющих жаростойкого (коррозионностойкого) или теплозащитного покрытия из стабилизированного диоксида циркония Это позволило получить высокую коррозионную и термо- 15 циклическую долговечность деталей из жар о п р о ч н о г о сплава с г р а д и е н т н ы м защитным покрытием. При испарении одного только штабика из отдельного источника (тигля) тонкое 20 (д ~ 5 - 8 мкм) градиентное защитное покрытие с внешним слоем диоксида циркония характеризуется высокой плотностью, надежным сцеплением с защищаемой поверхностью и сопротивлением абразивному 25 износу, низкой шероховатостью (Ra 50°С(Фиг. 5). 40 Градиентное покрытие А1-А1гОз-2гО2 успешно было реализовано и при снижении содержания диоксида циркония до нулевых значений (см. табл. 2). Покрытия системы At-Al2O3-ZrO2 могут быгь эффективно ис- 45 пользованы Для защиты титановых сплавов, например ВТ-6С. П р и м е р 2: Система: A!-SI-Al2O3-Y-ZrO2 Кремний в количестве 1-3% существенно увеличивает сопротивление газовой кор- 50 розии а покрытиях, применяемых для защиты лопаток турбин, используемых загрязненное топливо. Смесь четырех компонентов, 13%АМ %Sh7%Al2Or79%(2rQ2-7%Y2O3} также, как и в примере 1, в виде штабиков 55 массой 6 г и 30 г испаряли в последовательности, аналогичной примеру 1. Полученное распределение компонентов по толщине осажденного покрытия показано на фиг. 2 (в 16 данном случае градиентные покрытия осаждали на подложку, имевшую связующее покрытие Nl-22Co-20Cr-11AI(Y), Кремний испаряется из штабика вслед за металлическим алюминием практически одновременно с АІгОз. В результате испарения штабика, помещенного на керамический слиток ZrO27%УгОз в градиентном покрытии не было обнаружено промежуточных границ раздела и внешний термобарьерный слой толщиной до 125-130 мкм формировался непосредственно вслед за испарением диоксида циркония из штабика. В данном варианте градиентного покрытия вместо оксида алюминия может использоваться оксид церия. • П р и м е р 3. Система: A!-Cr-Ni-Al2O3-YСмесь компонентов, содержащая 8%Al-25%Cr-33%Nl-3%Al2O3-1%Y-30%(ZrO27 %УгОз) в виде штабиков весом15 г и 45 г испаряли прямым воздействием электронного луча аналогично вышеописанным случаям и конденсировали на стационарные подложки. Распределение компонентов по толщине градиентного покрытия, полученного испарением штабика и слитка ZrO2-7%Y2O3i приведено на фиг. 3. Наблюдается характерный пик, соответствующий оксиду алюминия с плавным переходом в диоксид циркония. Концентрационный максимум по иттрию приходится на ветвь кривой нарастания концентрации диоксида циркония во внешнем слое градиентного покрытия. Данные фиг. 3 подтверждают отсутствие резких границ раздела мепжду отдельными зонами покрытия по толщине. Данные термоциклических испытаний пальчиковых образцов (фиг. 5) подтвердили возможность практического применения такой системы покрытий. В случае испарения штабика и керамического слитка ZrO2* 7%УгОз из одного источника, когда штабик размещался на торце слитка в одном испарителе, отслоения керамического термобарьерного слоя в общепринятом виде не было получено, Очаги коррозионного повреждения ( 02-3 мм) возникали в керамическом термобарьерном покрытии после 1070 часов испытаний. Локализованная, медленно протекающая коррозия градиентного покрытия под керамическим слоем с суммарным повреждением площади не более 5-6% получена на поверхности .пальчиковых образцов поспе *-1800 часов испытаний (после чего испытания были прекращены). Долговечность конденсированных термобарьерных керамических покрытий ZrO2 17 17173 Y2O3 на градиентных покрытиях, полученральною микроанализ-*) и приведенные на ных, по заявляемому способу, из одного исфиг.4. демонстрируют наличие платины в т о ч н и к а , в два-три раза превышает слое, примыкающем к внешнему слою 7гОг. долговечность двуслойных керамических Покрытия подобного тигтз можно рекоменпокрытий металл/керамика, получаемых по довать для защиты поверхностей в окислистандартной промышленной технологии тельных и зрозионно-эктивных газовых П р и м е р 4. Система: AI-(Nf,Co)-Crпотоках. Осаждение толстого керамического слоя Zrt)2 превращает эти покрытия в тепAI2O3-Y-Pt-ZrO2 лозащитные. Платина вводились в смесь (штабик) испаряемых материалов как компонент, повы- 10 Наибольший эффект применения спосошающий жаростойкость защитных ба согласно изобретению выражен при полпокрытий. Штабики массой 15 г испаряли из учении защитных покрытий с плавным градиентом химического состава и структумедного водоохлаждаемого тигля на стациры по толщине с внешним керамическим онарную подложку. Смесь исходных компонентов содержала: 8%АИ0%Со-15%Сг-2,5% 15 слоем на подложке, когда требуется высокое качество и надежность формирования терА!2О3-0,8%У-1,7%РКї2%(2гО2-7%У2Оз).Кримобарьерных защитных покрытий с повывые распределения отдельных элементов в ш е н н ы м сопротивлением к о р р о з и и в градиентном покрытии, содержащем платиусловиях частых теплосмен. ну, полученные с помощью рентгеноспект 20 Таблица 1 Химический состав (% по массе) сплавов, использованных в качестве защищаемых подложек I Никелевый сплав N1 Сг Со Мо W А! ТІ Fe С ЭП-9Э ЭП-958 Хастеллой-Х ост. ост. ост. 22,5 18 22 6 5,6 1,5 4,5 4 9 7 4,1 0.6 3,0 4.5 1.3 2,6 4,5 2,3 18.5 0,1 0,15 0,1 0,5 Таблица 2 Химический состав (% по массе) испаряемых штабиков в виде смесей порошков металлов и оксидов для получения градиентных защитных покрытий конденсацией в вакууме Система: АІ-АІ 2 0з-2г0г Вариант At АІгОз ZrOz 1.1 5 13 10 1 7 t |СТ. 45 56 60 ст. і ст. 0 U t.3 t.4 T.5 зо 40 S х є X о (О я о S ч S я І о 17473 Термоциклическая долговечность градиентных конденсированных покрытий на пальчиковых * е образцах 0 8 мм , испытанных по режиму 1135 50 С время цикла 2І ч ; V = 185 град/мин 2000 1700 1800 1600 60 1 1400 — 1200 — 1170 І О й 1000 — 870 О 8 050 '• g600 ш m §400 — б . - ! 525 1 20 375 200 • • о — . пар.І растрескивание и массированное осыпание керамики nap.2 фрагментация И локальное отслоеіше кєраМикИ фиг. ^ Упорядник Техред М.Келемеш вар.З от:лоеиие керамики отсутствует; локальные островки коррозии f связанные с окислением Коректор Н. Король Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101