19. Теплозащитные покрытия лопаток турбин двух, трехслойные. Газоциркуляционные покрытия.

Теплозащитные покрытия.

Ресурс лопаток ГТД последнего поколения ограничен не только ВТО (высокотемпературным окислением), коррозией защитного покрытия, но и протеканием необратимых структурных изменений от повышения температуры газа как в самом покрытии, так и в жаропрочном сплаве связанных с развитием процессов диффузии и высокотемпературной ползучести.

Поэтому получили развитие технологии нанесения теплозащитных керамических покрытий с применением низкотеплопроводных оксидов, диоксида циркония ZrO2, структурно стабилизированного оксида иттрия Y2O3 в количестве 6-8%.

Проблемой нанесения покрытия, представляющего окислую систему, является слабая его атгезия к металлической подложке.

Эта проблема решается нанесением промежуточного слоя на основе интерметалида NiAl , являющегося основной фазой во всех покрытиях.

Для снижения уровня термонапряжений из-за различных линейных коэф термического расширения керамики и металлической подложки покрытие многослойным (ступенчатым) приближая состав внутренних слоев к составу подложки (Ni-Cr-Al-Y).

Так плазменное теплозащитное покрытие на основе ZrO2 толщиной 250мкм вместе с подслоем жаростойкого покрытия Ni-Cr-Al толщиной 100мкм снижают температуру подложки из жаропрочного сплава на 100˚С.

Структура слоя метал-керамика.

2-х слойное:

ZRO2-Y2O3

Me-Cr-Al-Y (подслой иттрий) (Ni-Cr-Al-Y) подложкаю.

3-х слойные:

ZRO2-MgO (170мкм)

Керамика 65%- метал 35% 115мкм

Ni-Cr-Al-Y 100мкм

НПО «Салют» использует 2х слойные покрытия конденсационно- диффузионные.

Напыление позволяет ввести в покрытие весь комплекс необходимых элементов (Ni, Cr, Ta, W, H, Si, Y). Это защитное покрытие предохраняет от взаимной диффузии алитированного слоя и подложки.

Конденсаты покрытий всегда содержат дефекты такие, как поры, капли. Усиление защитных свойств конденсата путем залечивания структурных дефектов и увеличения содержания Al до 15-20%, достигнуто газоциркуляционным и хромоалитированием с последующей термовакуумной обработкой.

Термовакуумная обработка позволила сформировать однородную структуру, получить более однородное распределение элементов по глубине слоя и достичь увеличение трещиностойкости покрытий. Такое покрытие работает при Т=1150. Его долговечность (ресурс) 1500 часов. Алитирование производят в газоциркуляционной установке. В газациркуляционной установке детали и диффундирующие вещества располагаются раздельно. Перенос осуществляется газом-переносчиком (химический транспорт) в результате протекания обратимых химических реакций на поверхности детали. Перенос осуществляется в замкнутом пространстве при постоянной температуре. Перемешивание газовой среды осуществляется с помощью вентиляции.

Для формирования покрытия на поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток, щелей, каналов осуществляется продувка их газовой средой.

Перенос алюминия осуществляется посредством летучих хлоридов, образующихся в результате протекания обратимых реакций: .