Захисне покриття для лопаток газових турбін

Изобретение относится к жаростойким покрытиям на турбинных лопатках, работающих при высокой температуре и высоких плотностях газового потока. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и термической стабильности покрытия, увеличение термоциклической долговечности достигается тем, что основной жаростойких слой содержит хрома 26-30 мас,% в слоях на основе кобальта и 20-23 мас.% в слоях на основе никеля, причем между жаростойким слоем и поверхностью лопатки введен промежуточный пластичный подслой металл-хром-алюминий-иттрий, где металл-(никель, кобальт), содержащий в подслоях на основе никеля 4,56,0 мас.% алюминия, 0-2 мас.% кобальта, в подслоях на основе кобальта 3,5-5,0 мас.% алюминия, 2-6 мас,% никеля, при этом отношение толщин подслоя и основного слоя составляет 0,2-0,5, отношение толщины керамического подслоя и основного жаростойкого слоя 0,3-1, а содержание алюминия в подслое соответствует содержанию алюминия в материале лопатки. На границе раздела металлическое Q покрытие - керамический слой формиру- '• ется прослойка диоксида циркония, имеющего повышенную плотность, являющаяся основным барьером для проникновения продуктов сгорания к металлическому покрытию и благоприятно влияющая на напряженное состояние поверхностных слоев металлического покрытия. (Л С «О Изобретение относится к жаростойким покрытиям на турбинных лопатках, работающих при высокой температуре и высоких плотностях газового потока. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и термической стабильности покрытия, увеличение термоциклической долговечности. Разработанная конструкция композиционного жаростойкого покрытия состоит из промежуточного пластичного подслоя Me-Cr-Al-Y (где Ме-Со, N i ) , наноси16-89 Ш мого непосредственно на поверхность лопатки, причем содержание алюминия в промежуточном подслое соответствует (+ 0,5 мас.%) содержанию алюминия в защищаемом сплаве. На промежуточный подслой наносится основной жаростойкий слой Ме-Сг-A1-Y (где Ме-Со,Ni) с увеличенным содержанием Сг, На основной жаростойкий слой наносится внешний керамический слой из стабилизированного 3 U76947 оксидом иттрия (6,5-12% YjO 3 ) диоксида циркония. При суммарной толщине промежуточного подслоя и жаростойкого слоя не более 135 мкм толщина промежуточного подслоя изменяется в пределах от 20 до 40-50 мкм; толщина внешнего керамического слоя ZrO^-YjO*, находится в пределах 0,3-1,0 от толщины 10 суммарного металлического слоя. Покрытие получают методом электронно-лучевой технологии - испарением соответствующих сплавов и конденсацией в вакууме последовательно 15 промежуточного, жаростойкого металлического и керамического слоев, для чего используется многотигельное испарительное устройство, которым оснащены электронно-лучевые установ20 ки типа УЗ-137, УЭ-175 М, УЭ-187. Образцы (лопатки) помещаются в специальные кассеты, являющиеся технологической оснасткой для вращения подложек в паровом потоке и осажде25 ния испаряемых материалов. Подложки в оснастке нагревают до 850-920 Cj скорость вращения 4-9 об/мин. Давление остаточных газов в рабочей камере поддерживается не более 3 0 1,3-Ю- 1 Па. І В таблице приведены химические составы слоев Me-Cr-Al-Y, используемые в структуре жаростойких покрытий для защиты лопаток турбин от высокотемпературной коррозии, 35 Образцы(лопатки) с металлическим покрытием подвергают диффузионг ному отжигу в вакууме в течение 2 ч , упрочняющей дробеструйной обработке микрошариками и повторному (рекрис- 40 таллизационному) отжигу в вакууме в течение 2-4 ч при 1040-ПЗО°С в зависимости от типа защищаемого сплава (ЭИ-893, ЧС70, ЖС6К, IN-738). Последним этапом является форми- 45 рование на поверхности основного жаростойкого слоя внешнего керамического покрытия из диоксида ZrO^~ w Yj0 4 » Испарение керамики ведут из жидкой ванны при скорости конденса- 50 ции 1,5-2,2 мкм/мин и скорости вращения подложек 4-9 об/мин, что позволяет сформировать столбчатую . . ,структуру покрытия с оптимальной открытой микропористостью в пределах Ю - 1 4 % . Температура поверхности конденсации непрерывно контролируется и поддерживается равной 920-950°С во избежание перегрева защищаемого изделия. На границе раздела металлическое покрытие - керамический слой формируется прослойка (5-10 мкм) диоксида ZrO^, имеющего повышенную плотность, являющаяся основным барьером для проникновения продуктов сгорания к металлическому покрытию и благоприятно влияющая на напряженное состояние поверхностных слоев • металлического покрытия. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Защитное покрытие для лопаток га^ зовых турбин, изготовленных из жаропрочного сплава на никелевой основе, содержащее основной жаростойкий слой металл-хром-алюминий-иттрий (где металл-никель, кобальт) и внешний керамический слой из стабилизированного диоксида циркония, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости и термической стабильности покрытия, увеличения термоциклической долговечности, основной жаростойкий слой содержит хрома 26-30 мас.% в слоях на основе кобальта и 20-23 мас.% в слоях на основе никеля, причем между жаростойким слоем и поверхностью лопатки введен промежуточный пластичный подслой металл-хром-алюминийиттрий (где металл-никель, кобальт), содержащий в подслоях на основе никеля - 4,5-6,0 мас.% алюминия, 02 мас.% кобальта, в подслоях на основе кобальта 3,5-5,0 мас.% алюминия, 2-6 мас.% никеля, при этом отношение толщин подслоя и осйовного жаростойкого слоя составляет 0,2-0,5, отношение толщины керамического слоя и суммарной толщины подслоя и основного жаростойкого слоя - 0,3-1,0, а содержание алюминия в подслое соответствует содержанию алюминия в материале лопатки. 1476947 Функциональное назначение слоя Химический состав, мас.% Со Ni Cr I A1 Остальное 0-2 26-30 10,5-13 0,15-0,2 То же 2-6 25-27 3,5-5 0,12-0,3 0-2 Остальное 20-23 11-13 0,15-0,3 0-2 То же 16-20 4,5-6 Жаростойкий слой в композиционном покрытии Промежуточный подслой Жаростойкий слой в композиционном покрытии 0,15-0,45 Промежуточный подслой Редактор Е.Зубиетова Составитель В.Милославская Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо Заказ 6457ДСП Тираж 647 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101