Способ получения жаростойкого композиционного покрытия для лопаток газовой турбины Советский патент 1993 года по МПК C23C14/00 C23C14/02 

Изобретение относится к защитным покрытиям, получаемым осаждением в вакууме путем электронно-лучевого испарения коррозионно-стойких сплавов и керамических материалов и может быть использовано при нанесении покрытий на лопатки газовой турбины

Целью изобретения является повышение термоциклической прочности покрытия при одновременном сохранении их защитных свойств.

Поставленная дель достигается тем, что в способе получения жаростойкого композиционного покрытия для лопаток газовых турбин, включающем нанесение испарением в вакууме на наружную поверхность лопаток слоя жаростойких материалов из сплава Me-Cr-AI-Y, его отжиг, нанесение керамического внешнего эрозионно-коррозионного слоя, согласно изобретению перед нанесением внешнего эрозионно-коррози- онного слоя на поверхности слоя жаростойких материалов формируют рельеф с шероховатостью Ra 0,75...0,85 мкм и шагом S 4,4...4,8 мкм.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой показано состояние металл-керамического покрытия, нанесенного по известному техпроцессу (фиг. 1 а) и покрытия, нанесенного после термоциклирования с гидроабразивной обработкой (фиг. 16) и с дополнительной сухой обдувкой корундом (фиг.1 в)

Способ получения жаростойкого композиционного покрытия иллюстрируется на примере трехслойного покрытия и включает в себя следующие операции

00

С

00

ю VI

GJ Ю VI

нанесение испарением в вакууме на наружную поверхность лопаток слоя жаростойких материалов, его отжиг, формирование рельефа с шероховатостью поверхности слоя жаростойких материалов Me-Cr-AI-Y, где Ме-Со, Ra в диапазоне 0,75- 0,85 мкм и шагом S в диапазоне 4,4-4,8 мкм, последующее нанесение внешнего эрози- онно-коррозионного слоя,

П р и м е р 1. Проводилось нанесение металлического подслоя состава Co-Cr-AI-Y (СДП 11 А) толщиной 20-40 мкм испарением в вакууме.

Нанесение второго металлического слоя состава Co-Cr-AI-Y (СДПЗА) 40-90 мкм испарением в вакууме.

Диффузионный отжиг в вакууме при температуре 1050°С в течение 2-х часов. Операция сухой обдувки корундом.

Последующее нанесение керамического слоя диоксида Zr, стабилизированного УаОз толщиной 50-200 мкм. Дифф. отжиг 1030°С-2ч.

Восстановительная термическая обработка по режиму: 950°С, 16 час.

П р и м е р 2. Проводилось нанесение металлического подслоя состава Co-Cr-AI-Y (СДП11 А) толщиной 20-30 мкм испарением в вакууме.

Нанесение металлического подслоя состава Co-Cr-AI-Y (СДПЗА)40-80 мкм испарением в вакууме.

Диффузионный отжиг в вакууме при температуре 1030°С в течение 2 ч.

Операция дополнительной гидроабразивной обработки.

Последующее нанесение керамического слоя диоксида Zr стабилизированного YaOs толщиной 50-200 мкм.

Диффузионный отжиг 1030°С 24 ч.

Восстановительная термическая обработка по режиму 950°С, 16ч.

Образование шероховатой поверхности металлического слоя способствует сохранению керамического слоя по всему периметру профильной части лопатки в режиме термоциклирования. Кроме того, шероховатость рельефа поверхности металлического слоя существенным образом сказывается на конфигурации оксидной пленки , которая становится неоднородной по толщине. В отдельных участках (впадины в металлическом слое) толщина пленки достигает 10,5 мкм, в то время как на ровных участках толщина пленки не превышает 4,5 мкм (фиг.1-а).

Указанная шероховатость обеспечивается операциями сухой обдувки корундом металлического слоя перед нанесением керамического слоя или дополнительной гидроабразивной обработкой. Этим обеспечиваются условия для повышения долговечности керамического слоя в режиме термоциклирования (фиг.1 б-в).

Данные опытов показывают, что шероховатость с высотным параметром Ra ниже 0,75 мкм и шаговым параметром S ниже 4,4 мкм приводит к ухудшению свойств в связи с тем, что устраняется эффект торможения образующихся термоусталостных трещин

на выступах поверхности - трещина огибает малые выступы, также как и шероховатость с высотным параметром Ra выше 0,85 мкм и шаговым параметром S выше 4,8 мкм приводит к появлению на поверхности концентраторов - глубоких впадин, которые могут быть источниками зарождения трещин как термоусталостных, так и усталостных.

Таким образом, формирование шероховатости поверхности жаростойкого материала в заявленном диапазоне перед нанесением керамического слоя повышает термоциклическую прочность металлокера- мического покрытия. Это достигается изменением характера распространения трещин

в слоях за счет формирования на стадии выполнения этой операции специфической зигзагообразной поверхности металлического слоя при сохранении защитных свойств слоев. В результате чего отслаивание керамического слоя вдоль границы металлического и керамического слоев не наблюдается, даже в том случае, когда толщина оксидной пленки AlaOa заметно превышает критическую толщину (5 мкм).

Формула изобретения

Способ получения жаростойкого композиционного покрытия для лопаток газовой турбины, включающей нанесение испарением в вакууме на наружную поверхность лопаток слоя жаростойких материалов, системы металл-хром-алюминий-иттрий, его отжиг, нанесение внешнего керамического эрозионно-коррозионного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения

термоциклической прочности при одновременном сохранении их защитных свойств, перед нанесением внешнего эрозионно- коррозионного слоя на поверхности слоя жаростойких материалов формируют рельеф с шероховатостью Ра 0,75...0,85 мкм и шагом S 4,4...4,8 мкм.

а

г -л.г-

.

-Vt

Использование: нанесение покрытия на лопатки газовой турбины. Цель изобретения - повышение термоциклической прочности покрытия путем изменения характера распространения трещин в слоях при одновременном сохранении их защитных свойств. Сущность изобретения: в способе получения жаростойкого композиционного покрытия для лопаток газовой турбины перед нанесением внешнего эрозионно-коррози- онного слоя формируют шероховатость поверхности слоя жаростойких материалов из сплавов CO-Cr-AI-Y с высотным параметром (S) и шаговым параметром (Ra) в диапазонах 0,75-0,85 мкм и 4,4-4,8 мкм соответственно. 1 ил

Л

( г ч - v

v

Xs

S

.

5й.е. , «ь

я,4. :

V- XV ,1

1 vs.

.Ь@ j «&c4kb

V:

ft