Багатошарове теплове бар’єрне покриття підкладки із надміцного сплаву і спосіб його нанесення
Формула / Реферат
1. Многослойное тепловое барьерное покрытие подложки из сверхпрочного сплава, содержащее связующее покрытие из содержащего алюминий сплава, оксидный слой и керамическое тепловое барьерное покрытие на оксидном слое, отличающееся тем, что оно содержит слой сверхпрочного сплава, обогащенный металлом платиновой группы, на который нанесено связующее покрытие, слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава на связующем покрытии и покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы на слое обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава, при этом оксидный слой нанесен на покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы.
2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что содержание алюминия в связующем покрытии из алюминийсодержащего сплава находится в диапазоне от 5% до 40% по весу.
3. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта.
4. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит сплав MCrAlY, где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Со и Fe.
5. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава обогащен платиной, а покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы предпочтительно содержит алюминид платины.
6. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава является обогащенным платиной.
7. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оксидный слой содержит по меньшей мере 90% по объему окиси алюминия.
8. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что керамическое тепловое барьерное покрытие содержит стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония.
9. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что керамическое тепловое барьерное покрытие имеет столбчатую структуру.
10. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что подложка из сверхпрочного сплава содержит сверхпрочный сплав на основе никеля или на основе кобальта.
11. Покрытие по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит слой гамма-фазы, обогащенный металлом платиновой группы, находящийся между покрытием по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы и оксидным слоем.
12. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что слой сверхпрочного сплава, обогащенный металлом платиновой группы, содержит обогащенную платиной гамма-фазу и обогащенную платиной первичную гамма-фазу.
13. Способ нанесения многослойного теплового барьерного покрытия на подложку из сверхпрочного сплава, включающий нанесение связующего покрытия из содержащего алюминий сплава, образование слоя оксида и нанесение керамического теплового барьерного покрытия на оксидный слой, отличающийся тем, что перед нанесением связующего покрытия наносят слой металла платиновой группы на подложку из сверхпрочного сплава, который термообрабатывают для диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверхпрочного сплава для образования обогащенного металлом платиновой группы слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава, затем наносят слой связующего покрытия, на слой связующего покрытия наносят слой металла платиновой группы, после чего осуществляют термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в связующее покрытие для образования слоя обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава и покрытия по меньшей мере одним алюминидом металлов платиновой группы с последующим образованием слоя оксида на по меньшей мере одном алюминиде металлов платиновой группы.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта.
15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит сплав MCrAlY, где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Со и Fe.
16. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопокрытия.
17. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопластики.
18. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что толщина слоя металла платиновой группы, нанесенного на подложку из сверхпрочного сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон.
19. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что толщина слоя металла платиновой группы, нанесенного на связующее покрытие из содержащего алюминий сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон.
20. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что толщина металла платиновой группы составляет 8 микрон.
21. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что металлом платиновой группы является платина.
22. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверхпрочного сплава для образования обогащенного металлом платиновой группы слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава осуществляют в течение примерно одного часа при температуре в диапазоне 800-12000С, в зависимости от температуры обработки раствора, подходящей для подложки из сверхпрочного сплава.
23. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в связующее покрытие из алюминийсодержащего сплава для образования слоя обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава и покрытия по меньшей мере одним алюминидом металлов платиновой группы осуществляют в диапазоне 1000-12000С в зависимости от температуры обработки раствора, подходящей для подложки из сверхпрочного сплава.
24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне l000-12000C.
25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне 1100-12000С.
26. Способ по п. 13, отличающийся тем, что покрытие из сплава MCrAlY наносят с помощью плазменного напыления в вакууме, причем покрытие из сплава McrAlY полируют и правят.
27. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что керамическое тепловое барьерное покрытие наносят с помощью физического осаждения из паровой фазы электронным лучом.
28. Способ по п. 13, отличающийся тем, что слой сверхпрочного металла, обогащенный металлом платиновой группы, содержит обогащенную платиной гамма-фазу и обогащенную платиной первичную гамма-фазу.
Текст
1. Многослойное тепловое барьерное покрытие подложки из сверхпрочного сплава, содержащее связующее покрытие из содержащего алюминий сплава, оксидный слой и керамическое тепловое барьерное покрытие на оксидном слое, отличающееся тем, что оно содержит слой сверхпрочного сплава, обогащенный металлом платиновой группы, на который нанесено связующее покрытие, слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава на связующем покрытии и покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы на слое обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава, при этом оксидный слой нанесен на покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы. 2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что содержание алюминия в связующем покрытии из алюминийсодержащего сплава находится в диапазоне от 5% до 40% по весу. 3. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта. 4. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит сплав MCrAlY, где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Со и Fe. 5. Покрытие по любому из предыдущих п унктов, отличающееся тем, что слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава обогащен платиной, а покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы предпочтительно содержит алюминид платины. 6. Покрытие по любому из предыдущих п унктов, C2 (54) БАГАТОШАРОВЕ ТЕПЛОВЕ БАР'ЄРНЕ ПОКРИТТЯ ПІДКЛАДКИ ІЗ НАДМІЦНОГО СПЛАВУ І СПОСІБ ЙОГО НАНЕСЕННЯ 39220 платиновой группы содержащего алюминий сплава и покрытия по меньшей мере одним алюминидом металлов платиновой группы с последующим образованием слоя оксида на по меньшей мере одном алюминиде металлов платиновой группы. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта. 15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит сплав MCrAlY, где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Со и Fe. 16. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопокрытия. 17. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопластики. 18. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что толщина слоя металла платиновой группы, нанесенного на подложку из сверхпрочного сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон. 19. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что толщина слоя металла платиновой группы, нанесенного на связующее покрытие из содержащего алюминий сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон. 20. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что толщина металла платиновой группы составляет 8 микрон. 21. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что металлом платиновой группы является платина. 22. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверх прочного сплава для образования обогащенного металлом платиновой группы слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава осуществляют в течение примерно одного часа при температуре в диапазоне 8001200оС, в зависимости от температуры обработки раствора, подходящей для подложки из сверхпрочного сплава. 23. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в связующее покрытие из алюминийсодержащего сплава для образования слоя обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава и покрытия по меньшей мере одним алюминидом металлов платиновой группы осуществляют в диапазоне 1000-1200оС в зависимости от температуры обработки раствора, подходящей для подложки из сверхпрочного сплава. 24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне 1000-1200оC. 25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне 1100-1200оС. 26. Способ по п. 13, отличающийся тем, что покрытие из сплава MCrAlY наносят с помощью плазменного напыления в вакууме, причем покрытие из сплава McrAl Y полируют и правят. 27. Способ по любому из предыдущи х п унктов, отличающийся тем, что керамическое тепловое барьерное покрытие наносят с помощью физического осаждения из паровой фазы электронным лучом. 28. Способ по п. 13, отличающийся тем, что слой сверхпрочного металла, обогащенный металлом платиновой группы, содержит обогащенную платиной гамма-фазу и обогащенную платиной первичную гамма-фазу. ______________________________ Настоящее изобретение касается теплового барьерного покрытия, применяемого на поверхности изделия из сверхпрочного сплава, например, тур бинной лопатки газотурбинного двигате ля, и способа применения теплового барьерного покрытия. Постоянная потребность в повышенной рабочей температуре в газотур бинных двигателях первоначально удовлетворялась воздушным охлаждением тур бинных лопаток и разработкой сверхпрочных сплавов для изготовления турбинных лопаток и турбинных лопастей, обе эти характеристики продлевали их срок службы. Дальнейшие повыше ния температуры привели к необходимости разработки материалов керамического покрытия, для изолирования с их помощью турбинных лопаток и турбинных лопастей от тепла, содержащегося в газах, вы пускаемых из камер сгорания, вновь продлевая срок службы лопаток турбин и лопастей тур бин. Однако, величина продления срока службы была ограничена, поскольку керамические покрытия страдают из-за недоста точного прилипания к подложке из сверхпрочного сплава. Одной причиной этого является несоответствие коэффи циентов теплового расширения между подложкой из сверхпрочного сплава и керамическим покрытием. Прилипание покрытия было улучше но с помощью разработки различных типов связующи х покрытий содержащих алюминий сплавов, которые термически напыляют ИЛИ наносят другим способом на подложку из сверхпрочного сплава до применения керамического покрытия. Такие связующие покрытия обычно бывают так называемого алюминидного (диффузионного) типа или типа "MCrAl Y", где М означает один или более из компонентов кобальта, железа или никеля. Наиболее близким к предлагаемому изобретению - устройству - по технической сущности является многослойное тепловое барьерное покрытие подложки из сверхпрочного сплава, содержащее связующее покрытие из содержащего алюминий сплава, оксидный слой и керамическое тепловое барьерное покрытие на оксидном слое /Па 2 39220 тент США № 5238752 А, опубл. 24.08.1993/. Наиболее близким к предлагаемому изобретению - способу - по технической сущности является способ нанесения многослойного теплового барьерного покрытия на подложку из сверхпрочного сплава, включающий нанесение связующего покрытия из содержащего алюминий сплава, образование слоя оксида и нанесение керамического теплового барьерного покрытая на оксидный слой /Патент США № 5514482 А, Опубл. 07.05.1996/. Использование связующих покрытий является успешным в предотвращении обширного отслаивания тепловых бар ьерных покрытий в течение службы, но локализованное отслаивание керамического покрытия происхо дит там, где прилипание нарушается между связующим покрытием и керамическим покрытием. Это подвергает связующее покрытие полному нагреванию от выхлопных газов, что ве дет к преждевременному разрушению турбинной лопатки или турбинной лопасти. Поэтому описанные средства являются недостаточно эффективными. В основу предлагаемых изобретений поставлена задача создания таких средств (покрытия и способа его нанесения), которые позволили бы повысить их эффективность за счет обеспечения условий для нанесения и последующего удер жания в процессе эксплуа тaции нового связующего покрытия для теплового барьерного покрытия, которое было бы менее склонно к локализованному разрушению и имело бы большую и более длительную адгезионную прочность с подложкой из сверхпрочного сплава. В изобретении стремятся создать такой способ нанесения теплового барьерного покрытия на подложку из сверхпрочного сплава, который бы позволил достигнуть улучшенной адгезии с ней. Предлагаемое, как и известное многослойное тепловое барьерное покрытие подложки из сверхпрочного сплава, со держит связующее покрытие из содержащего алюминий сплава, оксидный слой и керамическое тепловое барьерное покрытие на оксидном слое, а, согласно изобретению, оно содержит слой сверхпрочного сплава, обогащен ный металлом платиновой гр уп пы, на который нанесено связующее покрытие, слой обогащен ного металлом платиновой гр уппы содержащего алюминий сплава на связующем покрытии и покрытие, по меньшей мере,из одного алюминида металлов платиновой груп пы на слое обогащен ного металлом платиновой гр уппы содержащего алюминий сплава, при этом оксидный слой нанесен на покрытие по меньшей ме ре из одного алюминида металлов платиновой гр уппы. Еще одной особенностью изобретения является то, что содержание алюминия в связующем покрытии из алюминийсодержащего сп лава находится в диапазоне от 5% до 40% по весу. Еще одной особенностью изобретения является то, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта. Еще одной особенностью изобретения является то, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава со держит сплав MCrAl Y, где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Co и Fe. Еще одной особенностью изобретения является то, что слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава обогащен платиной, а покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы предпочти тельно содержит алюминид платины. Еще одной особенностью изобретения является то, что слой обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава является обогащенным платиной. Еще одной особенностью изобретения является то, что оксидный слой содержит по меньшей мере 90% по объему окиси алюминия. Еще одной особенностью изобретения является то, что керамическое тепловое барьерное покрытие содержит стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония. Еще одной особенностью изобретения является то, что керамическое тепловое барьерное покрытие имеет столбчатую структуру. Еще одной особенностью изобретения является то, что подложка из сверхпрочного сплава содержит сверхпрочный сплав на основе никеля или на основе кобальта. Еще одной особенностью изобретения является то, что содержит слой гамма-фазы, обогащенный металлом платиновой группы, находящийся между покрытием по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой группы и оксидным слоем. Предлагаемый, как и известный способ нанесения многослойного теплового барьерного покрытия на подложку из сверхпрочного сплава, включает нанесение связующего покрытия из содержащего алюминий сплава, образование слоя оксида и нанесение керамического теплового барьерного покрытия на оксидный слой, а, согласно изобретению, перед нанесением связующего покрытия наносят слой металла платиновой груп пы на подложку из сверхпрочного сплава, который термообрабатывают для диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверхпрочного сплава для образования обогащен ного металлом платиновой группы слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава, затем наносят слой связующего покрытия, на слой связующего покрытия наносят слой металла платиновой группы, после чего осуществляют термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффун дирования металла платиновой группы в связующее покрытие для образования слоя обогащенного металлом платиновой груп пы содержащего алюминий сплава и покрытия по меньшей мере одним алюминидом металлов платиновой груп пы с последующим образованием слоя оксида на, по меньшей мере, одном алюминиде металлов платиновой груп пы. Еще одной особенностью изобретения является то, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава содержит алюминид никеля или кобальта. Еще одной особенностью изобретения является то, что связующее покрытие из содержащего алюминий сплава со держит сплав MCrAl Y, 3 39220 где М является по меньшей мере одним из элементов Ni, Co и Fе. Еще одной особенностью изобретения является то, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопокрытия. Еще одной особенностью изобретения является то, что слой металла платиновой группы наносят на подложку из сверхпрочного сплава с помощью процесса гальванопластики. Еще одной особенностью изобретения является то, что толщина слоя металла платиновой груп пы, нанесенного на подложку из сверхпрочного сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон. Еще одной особенностью изобретения является то, что толщина слоя металла платиновой груп пы, нанесенного на связующее покрытие из содержащего алюминий сплава до диффузии, составляет по меньшей мере 5 микрон. Еще одной особенностью изобретения является то, что толщи на металла платиновой группы составляет 8 микрон. Еще одной особенностью изобретения является то, что металлом платиновой гр уппы является платина. Еще одной особенностью изобретения является то, чтотермообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверхпрочного сплава для образования обогащенного металлом платиновой группы слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава осуществляют в течение примерно одного ча са при температуре в диапазоне 800-1200°С, в зависимости от температуры обработки на твердый раствор, подхо дящей для подложки из сверхпрочного сплава. Еще одной особенностью изобретения является то, что термообработку изделия из сверхпрочного сплава для диффундирования металла платиновой группы в свя зующее покрытие из содержащего сплава алюминий для образования слоя обогащенного металлом платиновой группы содержащего алюминий сплава и покрытия, по меньшей мере, одним алюминидом металлов платиновой группы осуществляют в диапазоне 10001200°С в зависимости от температуры обработки на твердый раствор, подхо дящей для подложки из сверхпрочного сплава. Еще одной особенностью изобретения является то, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне 1000-1200°С. Еще одной особенностью изобретения является то, что диффузионную обработку осуществляют при температуре в диапазоне 1100-1200оС. Еще одной особенностью изобретения является то, что покрытие из сплава MсrAl Y наносят с помощью плазменного напыления в вакууме, причем покрытие из сплава MCrAlY полируют и правят. Еще одной особенностью изобретения является то, что керамическое тепловое барьерное покрытие наносят с помощью физического осаждения из паровой фазы электронным лучом. В соответствии с предлагаемым изобретением обеспечивается получение многослойного теплового барьерного покрытия для подложки из сверхпрочного сплава, содержащее слой из сверхпрочного сплава, обогащенного металлом платиновой группы, связующее покрытие из содержащего алюминий сплава на слое из обогащенного металлом платиновой груп пы сверхпрочного сплава, слой содержащего алюминий обогащенного металлом платиновой груп пы сплава на связующем покрытии из содержащего алюминий сплава, покрытие из по меньшей мере одного алюминида металлов платиновой груп пы на слое из содержащего алюминий обогащен ного металлом платиновой группы сплава, оксидный слой на покрытии по меньшей мере из одного алюминида металла платиновой группы и керамическое тепловое барьерное покрытие на оксидном слое. Кроме того, предлагаемое изобретение включает способ нанесения многослойного теплового барьерного покрытия на подложку из сверхпрочного сплава, содержащий этапы: нанесения слоя металла платиновой группы на подложку из сверхпрочного сплава, термической обработки изделия из сверхпрочного сплава с целью диффундирования металла платиновой группы в подложку из сверхпрочного сплава для создания на поверхности подложки из сверхпрочного сплава слоя сверхпрочного сплава, обогащенного металлом платиновой группы, нанесения связующего покрытия из содержащего алюминий сплава на слой из сверхпрочного сплава, обогащенного металлом платиновой группы, нанесения слоя металла платиновой груп пы на связующее покрытие из содержащего алюминий сплава, термической обработки изделия из сверхпрочного сплава с целью диффуун дирования металла платиновой груп пы в связующее покрытие из содержащего алюминий сплава для создания слоя из содержащего алюминий сплава, обогащенного металлом платиновой группы, и покрытия из, по меньшей мере, одного алюминида металлов платиновой груп пы, образующего слой оксида по меньшей мере на одном алюминиде металлов платиновой груп пы, и нанесения керамического теплового барьерного покрытия на оксидный слой. Преимущество по сравнению с существующими покрытиями заключается в том, что покрытие по меньшей мере одного алюминида металлов платиновой группы способствует созданию оксидного слоя, содержащему по меньшей мере 70% по объему окиси алюминия, предпочти тельно по меньшей мере 90% по объему окиси алюминия, более предпочти тельно 95% по объему окиси алюминия. Предполагают, что настоящее изобретение дает возможность создавать оксидный слой, содержащий окись алюминия без други х шпинелей в количествах, достаточных для существенного разрушения структуры кристаллической решетки окиси алюминия. Полагают, что слой обогащенного металлом платиновой груп пы сверхпрочного сплава на подложке из сверхпрочного сплава снижает перемещение алюминия из связующего покрытия из содержащего алюминий сплава в подложку из сверхпрочного сплава, а также снижает перемещение разрушающи х элементов из подложки из сверхпрочного сплава в оксидный слой. Полагают, что п утем снижения перемещения алюминия из содержащего алюминий сплава в 4 39220 подложку из сверхпрочного сплава количество алюминия в связующем покрытии содержащего алюминий сплава удер живается на сравнительно высоком уровне для гарантии, что окись алюминия непрерывно образуется под керамическим тепловым барьерным покрытием в течение более длительного периода времени. Полагают, что покрытие по меньшей мере из одного алюминида металлов платиновой груп пы блокирует перемещение разрушающи х элементов от подложки из сверхпрочного сплава и связующего покрытия из содержащего алюминий сплава в оксидный слой. Для целей настоящи х те хнических условий шпинель определяется как оксид, имеющий общую формулу М2О3 , где М обозначает переходный металл. Для создания обогащенного платиной слоя сверхпрочного сплава на поверхности подложки из сверхпрочного сплава толщи на слоя платины при нанесении ее до диффузии предпочти тельно составляет по меньшей мере 5 микрон, и более предпочтительно - 8 микрон. Диффузионная термообработка предпочтительно осуществляется приблизительно в течение одного часа при температуре в диапазоне от 800 до 1200°С, предпочтительно 1000 - 1100°С, в зависимости от соста ва подложки из сверхпрочного сплава. Связующее покрытие из содержащего алюминий сплава может быть алюминидом никеля или кобальта, но предпочтительно является сплавом MCrAl Y, где М представляет по меньшей мере один элемент из Ni, Co и Fе. Содержание алюминия в связующем покрытии зависит от типа сплава связующего покрытия, выбираемого для использования с данным изобретением, составляет минимум 5% по весу для свя зующего покрытия из сплава MCrAl Y и максимум порядка 40% по весу для связующего покрытия из алюминида. В законченном изделии наружный слой связующего покрытия предпочтительно обогащается платиной, и в этом случае покрытие алюминидной поверхности преобладающим образом содержит алюминид платины. Мы полагаем, что такое поверхностное покрытие из алюминида платины содержит, по меньшей мере, 25% по весу платины, предпочтительно, по меньшей мере, 40% по весу, и опти мально, по меньшей мере, 50% по весу платины, с уровнями алюминия по меньшей мере 8% по весу, предпочти тельно по меньшей мере 10% по весу. Для образования слоя обогащенного платиной содержащего алюминий сплава с поверхностным покрытием из алюминида, преимущественно содержащего алюминид платины, толщина слоя платины при нанесении до диффузии предпочти тельно составляет по меньшей мере 5 микрон, и более предпочтительно - 8 микрон. Диффузионную тер мообработку предпочтительно осуществляют примерно в течение одного часа при температуре в диапазоне 1000 - 1200оС, предпочтительно 1100 - 1200°С, в зависимости от состава подложки из сверхпрочного сплава. После очистки каких-либо диффузионных остатков с поверхности связующего покрытия платинированного сплава алюминия изделие принимает его тонкий прилипший слой оксида и его ке рамическое тепловое барьерное покрытие. Толщи на оксидного слоя, создаваемого с помощью выше упомянутого процесса, предпочтительно, меньше одного микрона. Тонкий прилипший слой оксида предпочтительно образуют путем нагревания покрытия из алюминида металла платиновой группы в атмосфе ре, содержащей кислород. Обычно для создания тонкого прилипшего оксидного слоя мы предпочитаем использовать фи зическое осаждение из паровой фазы электронным лучом (ФОПФЭЛ) для нанесения керамического теплового барьерного покрытия. В предпочти тельном процессе ФОПФЭЛ изделие нагревают предварительно до температуры в диапазоне 900 - 1150° С в вакууме, например, при давлении порядка 10-5 торр (133.322 х 10-5 Па). Предпочтительная температура предварительного нагрева составляет примерно 1000оC. Процесс ФОПФЭЛ керамического теплового барьерного покрытия с использованием диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, или другой оксидной керамики, содержит выпаривание керамики электронным лучом и последующее освобождение кислорода посредством распада керамики. Мы также предпочитаем сознательно добавлять кислород в камеру покрытия на этом этапе с целью поддержания стехнометрического преобразования керамики на покрытом изделии. Следовательно, в нашем предпочтительном процессе кислород неизбежно присутствуе т в атмосфе ре камеры покрытия во время процесса покрытия с помощью ФОПФЭЛ и реагирует с предпочтительным платиновым алюминидным поверхностным покрытием, образуя упомянутыйвыше тонкий прилипший оксидный слой. Настоящее изобретение будет раскрыто более полно с помощью примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлен схематический вид в поперечном разрезе металлического изделия, имеющего соответствующее настоящему изобретению тепловое барьерное покрытие. Рассмотрим чертеж, иллюстрирующий настоящее изобретение; здесь показана часть изделия 1 из сверхпрочного сплава, снабженного многослойным тепловым барьерным покрытием, обозначенным в общем ссылочной позицией 2. Оно показано в изготовленном состоянии. Тепловое барьерное покрытие 2 содержит обогащенный платиной слой 3, который содержит обогащенную платиной гамма-фазу и обогащенную платиной первичную гамма-фазу на поверхности подложки из сверхпрочного сплава, связующее покрытие 4 сплава МСrАl Y на слое 3, слой 5 обогащенного платиной сплава MCrAl Y на связующем покрытии 4 сплава MCrAl Y, покрытие 6 из алюминида платины на слое 5 обогащенного платиной сплава MCrAlY, слой 7 обогащен ной платиной гамма-фазы на покрытии 6 из алюминида платины, тонкий оксидный слой 8 на обогащенной платиной гаммафа зе 7 и керамическое тепловое барьерное покрытие 9 из столбчатой зернистой керамики. Покрытие из алюминида платины 6 представляет собой специальную форму алюминида платины и имеет состав, например, 53% по весу Pt, 19.5% по весу Ni, 12% по весу Аl, 8.7% по весу Со, 4.9% по 5 39220 весу Сr, 0.9% по весу Zr, 0.6% по весу Та, 0.1% по весу О и 0.04% по весу Ti, как это описывается более полно нашей находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент с регистрационным номером 95308925.7. Платину на носят по существу равномерной толщи ной на подложку из сверхп рочного сплава с помощью гальванопокрытия или другим подходящим способом, где толщина равна по меньшей мере 5 микрон, предпочтительно порядка 8 микрон. После этого вы полняют этап диффузионной термообработки, чтобы вызвать диффундирование слоя платины в подложку из сверхпрочного сплава. Это обеспечивает слой обогащенной платиной гамма-фазы и слой обогащенной платиной первичной гамма-фазы па подложке из сверхпрочного сплава. Диффузия достигается благодаря нагреванию изделия до температуры в диапазоне 800 - 1200°С и выдерживанию при этой температуре в те чение подхо дящего периода времени, в частности, температура 1000°С в течение одного часа представляет подхо дящий цикл диффузионной термообработки, из-за дальнейши х циклов термообработки, которые вызывают дополнительную диффузию слоя обогащенной платиной гамма-фазы и слоя обогащенной платиной первичной гамма-фазы. Связующее покрытие 4 сплава MCrAl Y наносят с помощью плазменного напыления и подвергают диффузиoнной термообработке. Тепловое барьерное покрытие 9 из столбчатой зернистой керамики содержит стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония или другую подходящую керамику, наносимую методом осаждения из паровой фазы электронным лучом. Tонкий оксидный слой 8 состоит целиком или почти целиком из окиси алюминия со значительно меньшими или пренебрежительно малыми количествами других шпи нелей. Толщина слоя окиси алюминия 8 составляет менее одного микрона. Платину на носят по существу равномерной толщи ной на связующее покрытие MCrAlY с помощью гальванопокрытия или другого подходящего способа, где толщина составляет по меньшей мере 5 микрон, и предпочтительно порядка 8 микрон. После этого вы полняют этап диффузионной термообработки, чтобы вызвать диффундированиe слоя платины в свя зующее покрытие сплава MCrAlY. Это обеспечивает слой обогащенного платиной сплава MCrAlY и покрытие из aлюминида платины. Диффун дирование дости гается с помощью нагревания изделия до температуры в диапазоне 1000оС - 1200°С и выдерживаний при этой температуре в течение подхо дящего периода времени, предпочтительно путем нагревания изделия до температуры в диапазоне 1100°С 1200°С, в частности, температура 1150°С в течение одного часа представляет подхо дящий цикл диффузионной термообработки. После термообработки поверхность подвергают пескоструй ной обработке сухим порошком окиси алюминия для удаления каких-либо диффузионных остатков. Затем наносят керамическое тепловое барьерное покрытие с помощью ФОПФЭЛ, с целью образования тонкого оксидного слоя на покрытии из алюминида платины со слоем обогащенной платиной гамма-фазы между ними. Что позволяет получить новый те хнический результат - создать условия для получе ния покрытия с повышенной адге зионной прочностью. Обогащенный платиной слой 3, содержащий обогащенную платиной гамма-фазу и обогащенную платиной первичную гамма-фазу, образует слой, который снижает перемещение алюминия из связующего покрытия 4 сплава MCrAlY и слоя 5 обогащенной платиной сплава MCrAl Y в подложку сверхпрочного сплава, с целью сохранения уровней алюминия в связующем покрытии 4 сплава MCrAlY и слое 5 обогащенного платиной сплава McrAl Y в течение более длительных периодов времени для дополнительного улучшения длительного сцепления теплового барьерного покрытия. Дополнительное преимущество обогащенного платиной слоя 3 зaключается в том, что он снижает перемещение элементов переходных металлов из подложки из сверхпрочного сплава в оксидный слой 8 для обеспечения дополнительной защиты от вредных элементов переходных металлов, например, титана, танта ла и гафния, для оксидного слоя 8, с целью сохранения крайне чистого оксидного слоя 8 из окиси алюминия. Сплав MCrAl Y предпочти тельно наносят с помощью плазменного напыления в вакууме, хотя можно использовать другие подхо дящие способы, такие, как осаждение из паровой фазы. Если используется плазменное напыление в вакууме, МсrAlУ можно полировать для улучшения прилипания керамического теплового барьерного покрытия. Платину также можно наносить путем напыления, диффузии в упаковке, диффузии вне упаковки, хи мического осаждения из паровой фазы или физического осаждения из паровой фазы. Вместо платины можно использовать другие металлы платиновой груп пы, например, палладий, poдий и так далее, но платина является предпочтительной. Мо жет оказаться возможным осаждать керамическое тепловое барьерное покрытие путем плазменного напыления, плазменного напыления в вакууме, химического осаждения из паровой фазы, химического осаждения из паровой фазы при горении или, предпочтительно, фи зического осаждения из паровой фазы. Процессы физического осаждения из паровой фазы включают в себя напыление, но предпочитается физическое осаждение из паровой фазы электронным лучом. Можно использовать другие покрытия содержащи х алюминий связующи х сплавов, отличающийся от MCrAl Y, например, алюминид кобальта или алюминид никеля. Для обеспечения тепловой защиты изделия тепловое барьерное покрытие можно наносить на всю поверхность изделия или на заранее определенные области поверхности изделия. Например, тепловым барьерным покрытием можно покрыть всю аэродинамическую поверхность лопатки газовой турбины или, в качестве альтернативы, можно покрывать только переднюю кромку аэродинамической поверхности лопатки газовой турбины. 6 39220 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 7
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMultilayer heat barrier coating of ultrastrong alloy substrate and method for application thereof
Автори англійськоюRickerby David Stanford, Wing Rodney George
Назва патенту російськоюМногослойное тепловое барьерное покрытие подложки из сверхпрочного сплава и способ его нанесения
Автори російськоюРикерби Дэвид Стенфорд, Винг Родни Джордж
МПК / Мітки
МПК: C23C 28/00, C23C 10/60, C23C 10/00
Мітки: багатошарове, нанесення, підкладки, бар'єрне, спосіб, сплаву, надміцного, теплове, покриття
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/7-39220-bagatosharove-teplove-barehrne-pokrittya-pidkladki-iz-nadmicnogo-splavu-i-sposib-jjogo-nanesennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Багатошарове теплове бар’єрне покриття підкладки із надміцного сплаву і спосіб його нанесення</a>