Багатошаровий виріб

Предлагаемое изобретение относится к слоистым изделиям и может быть использовано в охлаждаемых узлах и деталях различных турбомашин и теплоэнергетических установок. Известно многослойное изделие, содержащее соединенные между собой жаропрочную металлическую основу, керамическое теплозащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку [1]. Недостатки его состоят в том, что покрытие нанесено на гладкую поверхность подложки, в результате чего существующие (вследствие локальных флуктуации сдвиговой прочности теплозащитного покрытия (ТЗП) с основной) 8 материале ТЗП неподвижные относительно основы точки-центры, относительно которых происходит деформация окрестных участков ТЗП, располагаются случайным образом и на сравнительно больших расстояниях друг от друга; с ростом внешней (термической) нагрузки их количество уменьшается по нормальному (экспоненциальному) закону Гаусса, а расстояние между ними еще больше возрастают. Это ведет к экспоненциальному возрастанию растягивающих напряжений в ТЗП и снижение его стойкости против трещин. Задачей данного предложения является снижение напряжений в ТЗП при колебаниях температуры омывающей ТЗП среды, это повысит термостойкость изделий и их надежность. Эта задача решается тем, что в многослойном изделии содержащем соединенные между собой жаропрочную металлическую основу, керамическое теплозащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку (признаки прототипа), покрываемая поверхность жаропрочной металлической основы содержит углубления, расположенные на расстояниях, превышающих в 2-3 раза толщину керамического покрытия. Углубления могут быть выполнены конической формы с углом конуса 80°-100° или полусферической формы. Указанные отличия обеспечивают линейную (а не экспоненциальную) закономерность роста напряжений в ТЗП с возрастанием внешней (термической) нагрузки и в конечном итоге - снижение напряжений в ТЗП на 50-70% в сравнении с известными. На фиг.1 показано слоистое изделие с углублениями в основе и без шлифовки покрытия; на фиг.2 слоистое изделие с углублениями в подложке и со шлифовкой покрытия; на фиг.3 взаимное расположение углублений; на фиг.4 - исполнение углублений конической формы; на фиг.5 исполнение углублений полусферической формы. Многослойное изделие содержит жаропрочную металлическую основу 1. В первом варианте, на его наружной поверхности Б (фиг.1) имеется углубления 2 на расстояниях "а" между собой (фиг.1, 3). На эту поверхность и в углубления 2 нанесены промежуточный слой - металлическая подложка 3 и керамическое теплозащитное покрытие (ТЗП) 4. Подложка 3 состоит из металлического, например никель-хром-алюминий-иттриевого сплава, имеет толщину d 1 ~ 0,1 мм. ТЗП состоит из окислов металлов типа двуокиси циркония, нанесено способом плазменного напыления после нанесения подложки 3, имеет толщину d~ 0,3-0,5 мм. Во втором варианте многослойного изделия (фиг. 2, 3) углубления 2 выполнены в подложке 3 после ее нанесения на поверхность Б основы 1, а толщина d~ 0,2 мм. В обоих вариантах отношение а/б выбрано в пределах 2-3. Углубления 2 имеют коническую фиг;4) или полусферическую радиуса r, (фиг.5) форму. В первом случае угол при вершине конуса a = 80-100°. Вершина конуса, а также сопряжение углубления с поверхностью Б или Ε скруглены радиусом r @0,1 мм. Величина углублений h @0,3 мм. Коническая форма обеспечивает меньшее ослабление сечения основы 1 чем полусферическая и более приемлема с точки зрения лучшего качества сцепления ТЗП с подложкой 3 при плазменном способе напыления. ТЗП имеет пористую структуру, величина пористости составляет ~15%. Его толщина d определяется из условий требуемой тепловой защиты, т.е. перепада температуры на нем, имеет порядок 0,3-0^5 мм. Т.е. шаг "а" составляет 0,6-1,5 мм. На разных участках изделия потребность в тепловой защите может быть разная. Соответственно этому и толщина покрытия d а следовательно, и шаг "а" будут разными, т.к. отношение а/d= 2-3. После нанесения ТЗП наружная поверхность В содержит неровности 5, которые образуются в процессе плазменного напыления напротив углублений 2 (фиг.1). Эти неровности могут быть оставлены (фиг.1) или удалены шлифовкой поверхности В (фиг.2). Однако, соотношение размеров а/d после шлифовки должно быть в пределах 2-3. На поверхности Б основы и углубления 2 располагаются (по номинальным размерам) на одинаковом расстоянии "а" между собой (фиг.4), т.е. ближайшие 3 углубления образуют равносторонний треугольник. Но в пределах требования соотношения размеров а/d = 2-3, треугольники могут бытьнеравносторонними. В процессе работы наружная поверхность В ТЗП омывается горячей средой, а поверхность Г детали 1 охлаждается относительно холодной средой (хладагентом). Низкая теплопроводность ТЗП толщиной δ (двуокиси циркония) обеспечивает требуемое снижение температуры основы 1, например на 200°С, что повышает ее несущую способность и надежность. При теплосменах, например при резком снижении температуры среды со стороны ТЗП, углубления 2 играют роль неподвижных центров (и для ТЗП и для основы 1, относительно которых происходит радиальная деформация ТЗП и основы. Из-за разницы в деформациях ТЗП и основы возникают касательные напряжения на границе ТЗП - основа, направленные радиально от неподвижного центра. Поэтому чем больше шаг "а" между ними, тем больше растягивающие (или сжимающие) напряжения в ТЗП и наоборот. Т. е. благодаря наличию углублений 2, минимальному шагу и выбранному отношению а/d = 2-3, напряжения в ТЗП существенно меньше чем по прототипу. Проведенное расчетно-теоретическое исследование показало, что в ТЗП с данными отличительными признаками в сравнении с ТЗП по прототипу, при одних и тех же тепловых нагрузках, растягивающие напряжения снижаются на 50-70%, что позволяет сделать вывод о существенном повышении его термостойкости, а следовательно, и повышении надежности охлаждаемого многослойного изделия.