Покрытие

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, преимущественно к покрытиям для защиты конструкции из сплавов на основе NI и CO. С целью повышения стойкости покрытия для защиты конструкции из сплавов на основе NI и CO от воздействия высоких температур, состоящего из слоя металлического связующего, содержащего CR, NI или CO, и слоя двуокиси циркония, стабилизированной оксидом магния, металлический связующий слой его дополнительно содержит алюминий и иттрий и имеет состав, мас.%: хром 20-25, алюминий 12-15, иттрий 0,2-0,75, никель или кобальт остальное. Образцы с покрытием выдерживают 6000-8000 циклов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g., L"„UßÇhЙ

ПКТЕНТНО- ТЕХВЧЕСМ

БИЬЛvlOTEHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2395497/23-33 (22) 09.09.76 (31) 612439 (32) 11.09. 75 " (33) US (46) 30.08.89. Бюл. Р 32 (7 1) Юнайтед Текнолоджиэ Корпорейшн (US ) (72 ) Джордж Уильям Говард, Дельтон

Эндрюс Грей и Ричард Кэррол Крутенат (US) (53) 666.97 (088.8) (56) Патент СНА У 3006782, кл. 29183.5, опублик. 1968. (54) ПОКРЫТИЕ (57) Изобретение относится к огнеИзобретение относится к огнеупорной промьппленности, преимущественно к покрытиям для защиты конструкции из сплавов на основе никеля и кобальта.

Целью изобретения является повышение стойкости.

Перед нанесением на иэделие суперсплава на основе никеля и кобальта поверхность вначале тщательно очищают от загрязнений, жира и других посторонних примесей, после чего подвергают пескоструйной обработке абразивным материалом. Покрытие наносят путем осаждения из паров, образующихся из нагретого до соответствующей температуры расплава осаждаемого материала, в вакуумной камере при

10 Тор или более низком давлении.

Исходный сигнал, расплавляемый и ис..SUÄÄ 1505441 АЗ 511 4 С 04 В 37/02

2 упорной промышленности, преимущественно к покрытиям для защиты конструкции из сплавов на основе Ni и Со.

С целью повьппения стойкости покрытия для защиты конструкции из сплавов на основе Ni и Со от воздействия высоких температур, состоящего иэ слоя металлического связующего, содержащего Cr, Ni или Со, и слоя двуокиси циркония, стабилизированной оксидом магния, металлический связующий слой его дополнительно содержит алюминий и иттрий и имеет состав, мас.%: хром

20-g5 алюминий 12-15; иттрий 0,20,75; никель или кобальт остальное.

Образцы с покрытием выдерживают

6000-8000 циклов. паряемый с помощью электронноголуча имеет примерно тот же химический состав, что и конечное покрытие.

Перед началом осаждения изделия предпочтительно нагревают в течение о

5-6 мин до 954+28 С и эту температуру поддерживают далее в процессе нанесения покрытия. Продолжительность осаждения может меняться, но контролируется таким образом, чтобы получаемое покрытие имело толщину 0,080,18 мм. После нанесения покрытия следует охлаждение до температуры ниже 538 С в неокислительной атмосфере. После нанесения покрытия иэделия могут быть подвергнуты дополнительной термообработке в течение 1 ч при

1037+14 С в вакууме для обеспечения более прочной связи покрытия с мате1505441 риалом основы и облегчения последующей дробеструйной нагартовки.

Покрытые изделия могут быть подвергнуты дробеструйной обработке сухими стеклянными шариками диаметром 0,18-0,28 или интенсивностью, эквивалентной 19 Н. После этого иэделия могут быть подвергнуты термообработке в течение 4 ч при 1080+14 С в атмосфере сухого аргона, водорода или в вакууме и затем охлаждены в защитной атмосфере со скоростью, эквивалентной скорости при естественном охлаждении в воздухе. Обработан- 15 ные таким образом изделия имеют покрытие толщиной (без учета диффузионной зоны) 0,08-0,18 мм.

Пример 1, На образцы для испытаний при высоких температурах 0 из материала MAR-М 509 (содержащего, мас ° 7.: никель 10; хром 23,5; кобальт

55; вольфрам 7; тантал 3,5; титан

0,2; углерод 0,6; цирконий 0,5) наносили покрытия из известной и пред- 25 лагаемой композиций. В первом случае использовали связующее покрытие, включающее 80 мас.7 никеля, 20 мас.X хрома и 5 мас.7. алюминия, во втором— связующее покрытие, содержащее 25 30 мас.7. хрома, 15 мас.7. алюминия, 0,2 мас.7. иттрия и остальное никель °

И в том и в другом случае толщина

Ъ. покрытия составляла примерно 0,13 мм, и наносилось оно путем напыления из паровой фазы. Стабилизированные

А окисью магния слои Zr0< толщиной

0,26 мм наносили на основу со связующим покрытием с помощью плазменного распыления. Образцы с нанесенным на 40 них покрытием подвергали циклическим испытаниям при высокой температуре, в ходе которых их нагревали в течение

5 мин до 1010 С в установке за счет сжигания ракетного топлива и затем охлаждали в течение 1 мин за счет продувки воздуха. Продолжительность одного цикла составляла 6 мин. 3а

1 ч проводилось 10 циклов ° В образцах с известным покрытием примерно

507. связующего покрытия отслаивалось после 2000 циклов (через 200 ч). В образцах с предлагаемым покрытием менее 507 образцов разрушалось после

6000 циклов (600 ч). Следует отметить, 5 что в образцах с известным покрытием наблюдалось заметное окисление обнакающегося после отслаивания материала связующего покрытия. В некоторых случаях происходило окисление и обнажающегося материала основы. В образцах с предлагаемым покрытием окисления не наблюдалось; связующее покрытие у них было значительно более стойким к окислению.

Пример 2. На лопатки турбины из кобальтового суперсплава

MAR-M 509 наносили известное и предлагаемое покрытия и испытывали их в серийной газовой турбине. В образцах с известным покрытием связующее покрытие содержало, мас.7: Ni 20; Cr 24;

Al 15; Со остальное. В образцах с предлагаемым покрытием связующее покрытие имело тот же состав, но содержало дополнительно 0,75 мас.7. иттрия ° И в том и в другом случае толщина связующего покрытия составляла примерно 0,13 мм, Для нанесения на лопатки турбин обоих типов покрытия из двуокиси циркония, стабилизированной окисью магния, толщиной около 0,38 мм испольэовали плазменное напыление. Лопатки с нанесенным покрытием монтировали в серийную турбину и подвергали стандартным испытаниям в жестких условиях. Через каждые 1000 циклов турбину частично разбирали для осмотра лопаток. В лопатках с известным покрытием существенное разрушение керамического материала наблюдалось уже менее чем через 1000 циклов, тогда как в лопатках с предлагаемым покрытием значительное разрушение керамического материала происходило только после более 2000 циклов.

Пример 3. На образцы для высокотемпературных испытаний из

MAR-M 200+Hf (состав,мас. : Cr 9;

Со 10; W 12; Cl 1; Tl2; Al 5; В 0,015;

Hf 2; Ni остальное) наносили покрытия с известным и предлагаемым связующими покрытиями. Известное покрытие содержало 20 мас.7 Cr 10 мас.7.

Al остальное Со. Предлагаемое покрытие имело тот же состав, но содержало дополнительно 6 мас.7. Y. Оба покрытия наносили путем плазменного напыления. Поверх металлического связующего покрытия путем плазменного напыления наносили покрытие из двуокиси циркония, стабилизированной окисью магния (20 X MgO 80X

Zr0 ) ° Толщина металлического связующего покрытия составляла примерно

1505441

0,13 мм> толщина керамического покры,тия — около 0,25 мм. Покрытые таким образом образцы испь тывали в высокотемпературном ус.тройстве, в котором их нагревали в течение 5 мин до 982 С, после чего охлаждали 1 мин путем продувания воздуха, вследствие чего в них возникали термические напряжения.

Образцы с предлагаемым покрытием 10 выдерживали около 7000 циклов (после чего наблюдалось существенное отслаивание керамического слоя). Образцы с известным покрытием обнаруживали существенное отслаивание уже примерно 15 после 2000 циклон.

Пример 4. Па образцы для высокотемпературных испытаний иэ

МАК-М 200 + Hf(того же состава, что и в примере 3) наносили покрытие с 20 двумя различными типами связующего покрытия. Первое покрытие (известное) содержало 18 мас. . Cr 13 мас. Al остальное Со. Второе покрытие (предлагаемое) имело тот же состав, что и 25 первое, но содержало дополнительно

7 мас., Y.Îáà покрытия наносили путем плазменного напылени . Поверх металли,еских связующих покрытий путем цлазменнс гс напыления на»осили иок- 30 рытие из двуокиси циркония, стабилизированной окисью магния (23 . 1"11;О;

77 ZrO<). Толщина мсталли броского связующего покрытия равна примерно

0,13 мм, а толщина керамического покрытия 0>30 мм. Покрытые таким образом образцы испытывали в высокотемпературном устройстве, в котором их нагревали в течение 5 мин до о 010 С, после чего охлаждали в течение 1 мин путем продувания воздуха, вследствие чего в них возникали термические напряжения. Образцы с предлагаемым покрытием выдерживали около

8000 циклов (после чего наблюдалось существенное отслаивание керамического покрытия). В образцах с известным покрытием существенное отслаивание наблюдалось уже примерно после 2500 циклов, 50

Пример 5. На лопасти газовой турбины, изготовленные из материала MAR- M 200, наносили два типа покрытий такого же состава, как и в примере,2. Лопасти имели внутреннее воздушное охлаждение, Снабженные термопарами лопасти монтировали в газовую турбину вместе с крыльями из

MAR-M 200 с покрытием иэ никеля, коба..ьта> хрома, алюминия и иттрия того же состава, что и в примере

»о беэ керамического покрытия. В ходс ускоренных испытан >й было устанонлено что средняя т>мпература ., пас— тей с керамическим покр тием бьс а о примерно на 83 С ниже, че."> лоп,-отей, не содержавших керамического покрытия .

Такое снижение температуры способствует увеличению срока,лужбы ло:а> тей. Лопас.ти : покрь.тием »э и»к .ля, I,îáàëüòа, хрома, алюминия и иттр»я беэ керамическогс покрытия обнаруживали су",есIвецное о:<»слеп»е покрытия после 3000 шклов. В чопастях с кера "ическим покрыт»е, и связующ»м покрытием из н»келя, коба;ьта, хрома и алюм»ния на(ц,юдалос. существенное отслзиван»е керамического покрытия после иримерно 2000 циклов и по"еря защитчых свойств в результате проникновения через покрытие после примерно 4000 полных циклов. Лопасти с керам»ческим покрь;т»ем » связующим покрыт»ем э никеля, кобальта, хрома, алюминия » игтрия практически не разрушались после 10000 циклов, после чего испытания прекр l щали. Таким образом, снижение температуры благодаря керамическому покрытию способствует повььяенцю стойкости к окислению, так как скорс.сть окисления зависит от температуры.

Пример 6. Панель с покры— тием иэ 67,5 мас. кобальта, 20 мас. . хрома, 12 мас.% алюминия, 0,5 мас. иттрия, 17 мас.l двуокиси циркония, стабилизированной окисью магния, при толщине покрытий 0>022 и 0,035 см подвергали выдержке при 980 С, после чего проводили двухмин,тное охлаждение при комнатной температуре. При испытании после 100 циклов была обнаружена удовлетворительная адгеэия покрытия к сплаву, служившему субстратом. Образцы с покрытием вьдержали около 7000 циклов.

Формула изобретения

Покрытие для защиты конструкции из сплавов на основе нике ля» кобальта от воздействия высоких температур, состоящее из слоя мета:ся»ческого связующег о, содержащего хром, никель или кобальт, и слоя двуокиси ц»ркония, стабилизированной оксидом магния, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 1505441

Редактор И.Рыбченко

Заказ 5271 58 Тираж 591 Подписное

ВЙЬЙЙ 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 с целью повышения стойкости, металлический связующий слой дополнительно содержит алюминий и иттрий и имеет состав, мас.Xl

Хром 20-25

Алюминий 12-15

Иттрий 0,2-0,75

Никель или кобальт Остальное

Составитель А.Кулабухова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кравцова