Композиційне жаростійке покриття для лопаток газових турбін

ДЛЯ СЛУЖСБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ tf> ' • Q ^ СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН А1 (19; {51)4 9 С 23 С 14/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГМНТ СССР н (21) 4309301/24-2! (22) 27.07.87 '- (71) Институт электросварки им. Е.О, Патона (72) Б.А. Мовчан, К.10. Яковчук, И.С. Малашенко, A.M. Мартиросян, Н.П. Ващило и С Е . Грачёв * (53) 621.793.14(088.8) (56) Мовчан Б.А. и Малашенко И . С . Жаростойкие покрытия, осаждаемые в в а к у у м е . Киев: Наукова думка, 1 9 8 3 . Патент С А № 4405660, л . \ .' Ш к л . С 23 С 11/00, опублик. 1 9 8 3 . (54) КОМПОЗИЦИОННОЕ ЖАРОСТОЙКОЕ ПО-' КРЫТИЕ ДЛЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН (57) Изобретение о т н о с и т с я к жаростойким покрытиям д л я л о п а т о к г а з о вых турбин, работающих при высокой " температуре и плотности г а з о в о г о п о 1 Изобретение относится к жаростойким покрытиям для лопаток газовых турбин, работающих при высоких температуре и плотности газового потока и для защиты которых от окисления и коррозии применяются вакуумные покрытия типа металл - хром-алюминийиттрий (Me - Сг - Al - Y) с внешним керамическим слоем из стабилизированного диоксида циркония. Целью изобретения является увеличение рабочего ресурса покрытия за счет снижения газо- и шлакопроницаемости внешнего керамического слоя и увеличения термоциклической долговечности. 11 -89 тока и состоящих из внешнего к е р а м и ч е с к о г о слоя и з с т а б и л и з и р о в а н н о г о диоксида циркония и слоя м е т а л л - х р о м алюминий-иттрий, г д е металл - н и к е л ь , к о б а л ь т , железо или их с о ч е т а н и я . Цель и з о б р е т е н и я - увеличение р а б о ч е г о р е с у р с а покрытия з а с ч е т снижения г а з о - и шлакопроницаемости и увеличения термоциклической д о л г о вечности жаростойкого покрытия з а с ч е т т о г о , ч т о внешний керамический слой ч е р е з каждые 6-30 мкм содержит прослойки циркония толщиной 0 , 5 - 3 мкм, при этом отношение толщин к е р а м и ч е с к о г о слоя с прослойками и м е т а л л и ч е с к о г о слоя металл - хром-алюминийиттрий с о с т а в л я е т 0 , 3 - 1 , 2 . Для н а н е сения покрытия используют э л е к т р о н н о лучевые установки типа УЭ-137, УЭ-175М, УЭ-187. Для снижения газо- и шлакопроницаемостн внешнего керамического слоя, а также для увеличения термоцнкли1 ческой долговечности в него вводят чередующиеся прослойки металлического циркония толщиной 0,5-3 мкм через ^каждые 6—30 мкм керамического слоя. При этом толщина слоя M e - C r - A l - Y не превышает 120 мкм, а толщина внепг. него керамического слоя находится в пределах 0,3-1,2 от толщины жаростойкого металлического слоя Me - Сг - A1-Y, Данное покрытие получают методом электронно-лучевой технологии, т.е. последовательным испарением соответствующих материалов и конденсацией іих в. вакууме, для чего используют (Л С 1468006 многотигельное испарительное устрой4-9 об/мин. Испарение керамики ведут ство, которым оснащены промышленные при скоростях конденсации 1,1и лабораторные электронно-лучевые 2,0 мкм/мин, что позволяет сформи— установки типа УЭ-137, УЭ-175М, ровать столбчатую структуру покрытия УЗ-187. Композиционное жаростойкое с оптимальной открытой микропориспокрытие на основе диоксида циркотостью в пределах 10-14%. В процессе ния с прослойками металлического осаждения керамического слоя периодициркония наносят на жаростойкий слой чески (в зависимости от требуемого Me - Сг - А1 - Y (например, состаJ0 количества прослоек) прекращают исва, %: Ni 18-22; Сг 11-13,5; А1 0,2парение ZrOj, перемещают оснастку, 0,6Y), который предварительно меторасполагая ее над металлическим цирдом электронно-лучевого испарения конием, и наносят прослойку требунанесен на подложки - лопатки из емой толщины. Скорость конденсации жаропрочных сплавов. Непосредственно 15 циркония составляет 1,5-2,5 мкм/мин. перед нанесением керамики с целью В таблице приведены результаты .устранения возможных микрозагрязнеиспытаний на термоциклическую долгоний поверхности металлического слоя вечность композиционного покрытия, допускается нанесение тонкого состоящего из слоя Ni - Сг - А1 - Y (2-5 мкм) связующего слоя Me - Сг w 20 (толщина 95 мкм) и жаростойкого слоя А1 -Y, после чего перекрывают sa ZrO 2 , в зависимости от количества слонкой паровой поток и прекращают и толщины прослоек Zr и расстояния испарение сплава. Получив жидкую ванмежду ними (материал подложки ЖСБУ), ну в керамике, переходят к ее осажРежим испытаний; на воздухе 323 * дению на поверхности детали (подлож25 ^ 1373 К с выдержкой при Т МИкв 20мин ки). (время нагрева и охлаждения соответВ качестве материалов для получественно 6 и 4 мин). ния композиционного жаростойкого слоя используют спеченные штабики Формула и з о б р е т е н и я (ZrO2 6,5-8% Y 2 O 3 ; ZrO2 11,8-12,5% 30 Композиционное жаростойкое покрыY 2 0 3 ) , полученные по штатной технотие для лопаток газовых турбин, сологии, разработанной И С им. Е„0. ПаЭ держащее жаростойкий металлический тона, а также слитки металлического слой из сплава металл - хром - алюмициркония (после электронно-лучевого ний - иттрий, где металл - никель, переплава) либо прутки иодидкого „ кобальт, железо или их сочетания, циркония в случае, когда испарение и внешний керамический слой на осведется из водоохлаждаемой медной нове стабилизированного диоксида цирлодочки. Образцы (лопатки) с нанекония, о т л и ч а ю щ е е с я тем, сенным слоем Me - Сг - А1 - Y помеща- » что, с целью увеличения рабочего реют в специальные кассеты, являющиеся до сУРса покрытия за счет снижения технологической оснасткой для вращегазо- и шлакопроницаємости внешнего ния подложек в паровом потоке в рабокерамического и увеличения термоцикчей камере и осаждения испаряемых лической долговечности, оно дополниматериалов. Давление остаточных гательно содержит керамические слои зов в рабочей камере поддерживается д 5 толщиной 6-30 мкм с расположенными не более 1,3-Ю"1 Па. Температура помежду ними прослойками из циркония верхности конденсации непрерывно толщиной р,5-3 мкм, при этом отношеконтролируется и поддерживается равние толщин керамического слоя с проной 1123—1193°К во избежание перегреслойками и слоя из сплава металл ва защищащемого изделия. Скорость хром - алюминий - иттрий составляет вращения оснастки составляет 50 0,3-1,2. 1468006 а Толщина внеш- Количество него керамипрослоек ческого слоя, металличесмкм кого цирко Толщина единичной прослойки , мкм Расстояние между прослойками, мкм Количество термоциклов до разрушения ния 35 to 35 І5 50 50 $0 SO 50 50 50 115 115 115 115 115 115 115 115 •1 15 Редактор Т. Куркова — 2 3 6 2 4 6 2 4 6 4 6 10 14 4 6 10 14 — 0,5-0, 8 0,5-0, 8 0,5-0, 8 1-1, 5 1-1, 5 1-1, 5 2,5-3 .2,5-3 2,5-3 1,5-2 1,5-2 1,5-2 1,5-2 2,5-3 2,5-3 2,5-3 2,5-3 — 10-12 8-9 ' 4-5 15-16 8-9 6-7 14-15 7-8 4-5 21-22 15-16 8-9 5-6 20-21 13-14 8-9 5-6 Составитель В. Милославская Техред Л.Олийнык 150 165 195 130 240 265 320 315 290 315 220 400 425 460 460 450 430 470 • 455 385 Корректор С. Шекмар Заказ 409/ДСП Тираж "645 Подписное В И П Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НИИ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101