Способ получения жаростойкого композиционного покрытия для лопаток газовой турбины

 

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-коррозионного 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 14/00, 14/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) "-":958Qg

""" @ЕРШ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4911556/21 (2 ) 18.02.91 (46) 15.07.93. Бюл, № 26 (71) Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им, И,И,Ползунова (72) А.И.Рыбников, И.С.Малашенко, А,А.Рабинович, В.Я,Сотников, В.А.Акрымов, Т.Я.Карпова, А.К.Силенко и А,А.Трофименко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1642783, кл, С 23 С 14/30, от 88.

Авторское свидетельство СССР

N1526268,,кл,,С 23 С 14/00, от 88. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОСТОЙКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ

ЛОПАТОК ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

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 цель 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 Ме-Cr-AI-Y, его отжиг, нанесение керамического внешнего эрозионно-коррози„„Я2 „„1827397 А1 (57) Использование: нанесение покрытия на лопатки газовойтурбины. 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-коррозионного слоя формируют шероховатость поверхности слоя жаростойких материалов из сплавов СО-Сг-Al-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. онного слоя, согласно изобретению перед нанесением внешнего эрозионно-коррозионного слоя на поверхности слоя жаростойких материалов формируют рельеф с шероховатостью Ra = 0,75...0,85 мкм и шагом S = 4,4...4,8 мкм.

Л

Сущность изобретения поясняется (ф фиг,1, на которой показано состояние ме- (с 1 талл-керамического покрытия, нанесенного по известному техпроцессу (фиг,1а) и покрытия, нанесенного после термоциклирования с гидроабразивной обработкой (фиг.1б) и с дополнительной сухой обдувкой корундом, 4 (фиг.1в), Способ получения жаростойкого компо- д зиционного покрытия иллюстрируется на примере трехслойного покрытия и включает в себя следующие операции:

1827397 нанесение испарением в вакууме на наружную поверхность лопаток слоя жаростойких материалов, его отжиг, формирование рельефа с шероховатостью поверхности слоя жаростойких материалов

Me-Cr-Al-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 эрозионно-коррозионного слоя, Пример 1. Проводилось нанесение металлического подслоя состава Со-Cr-Ai-Y (СДП 11А) толщиной 20 — 40 мкм испарением в вакууме.

Нанесение второго металлического слоя состава Со-Cr-Al-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

У20з толщиной 50 — 200 мкм, Дифф. отжиг

1030 С вЂ” 2 ч.

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

Пример 2. Проводилось нанесение металлического подслоя состава Со-Cr-Al-Y (СДП11А) толщиной 20 — 30 мкм испарением в вакууме.

Нанесение металлического подслоя состава Со-Cr-Al-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

У20з толщиной 50 — 200 мкм, Диффузионный отжиг 1030 С 24 ч.

Восстановительная термическая обработка по режиму 950 С, 16 ч.

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 А!гОз, которая становится неоднородной по толщине. B отдельных участках (впадины в металлическом слое) толщина плен ки 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 металлокерамического 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 AlzOa 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 эроэионно-коррозионного слоя, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термоциклической прочности при одновременном сохранении их защитных свойств, перед нанесением внешнего эроэионнокоррозионного слоя на поверхности слоя жаростойких материалов формируют рельеф с шероховатостью Ра = 0,75...0,85 мкм и шагом S = 4,4...4,8 мкм.

Ъ длуЯ

-ф. -: "..... -Ъ. Остави ел:= з, ---,=.р Vi. Керецман

Редактор.-:д. ул, Гагарина, 101

Заказ 2345 Ти раж

ВНИИПИ Государственного к..",.

113035, Мое:=,=., ъ

П роизводствен vо-издател:.-.:- .:,, :-:т:нм при ГКНТ СССР