Формирование теплозащитных покрытий методом пиролиза солей Zr-Y в Ar-He-H2 плазме

Об авторах:

Файзуллин Риат Раисович, аспирант кафедры механики многофазных систем Института физики и химии Тюменского государственного университета
Шабаров Александр Борисович, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры прикладной и технической физики, Школа естественных наук, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; a.b.shabarov@utmn.ru, https://orcid.org/0000-0002-5374-8704

Аннотация:

Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, на которой получены образцы с теплозащитным керамическим покрытием путём впрыска прекурсора ZrO2-Y2O3 в Ar-He-H2 плазму. Установлены режимы напыления. Результаты термоциклических испытаний при режиме цикла — 1000 С-11500 С(15 мин)-1000 С показали преимущество полученного покрытия над традиционным плазменным на 40%. Авторы предполагают, что легирование прекурсора ZrO2-Y2O3 оксидами редкоземельных металлов приведёт к повышению температуры эксплуатации покрытия. Впрыск прекурсора ZrO2 — 7%Y2O3 в плазму осуществлялся при помощи пневматической форсунки. В процессе напыления температура на поверхности образца не превышала 700-7500 С. Характерная структура поверхности ТЗП представлена на рис. 4. Анализ микроструктуры покрытия на электронном микроскопе JEOL JSM6510LV показал наличие сферических частиц ZrO2+7%Y2O3 частиц с полным и частичным проплавлением, сплавлением и поперечные микротрещины. Перед формированием керамического ТЗП на образцы был нанесён металлический жаропрочный слой ПКХ-27Ю7С3И 170 мкм традиционным плазменным методом и выполнен термодиффузионный отжиг в вакууме при температуре 10500 С в течение 4 часов.

Список литературы:

1. С.А. Мубояджан. Защитные покрытия для горячего тракта ГТД // Все материалы. Энциклопедический справочник. № 4. 2011. 17 с.

2. С.А. Мубояджан, Л.П. Егорова, Д.С. Горлова, А.А. Косьмин. Теплозащитные покрытия для крупногабаритных деталей горячего тракта перспективных газотурбинных двигателей // Авиационные материалы и технологии. 2005. №4. 8 с.

3. Ю.А. Тамарин, Е.Б. Качанов. Электроннолучевая технология нанесения теплозащитных покрытий // Новые технологические процессы и надежность ГТД, ЦИАМ. Вып. 7. 2008 г. С. 144-158.

4. Л.Х. Балдаев, В.А. Вахалин, В.Н. Борисов. Геотермическое напыление: Учебное пособие. М., 2007. 344 с.

5. Ю.А. Тамарин, Е.Б. Качанов. Свойства теплозащитных покрытий, наносимых электроннолучевой технологией // Новые технологические процессы и надежность ГТД, ЦИАМ. 2008. Вып. 7. С. 125-144.

6. Xianliang JIANG, Chunbo LIU, Feng LIN. Overview on the Development of Nanostructured Thermal // J. Mater. Sci. Technol., 2007. Vol.23. No.4, P. 454.

7. Р.Р. Файзуллин, И.М. Толмачев, А.Н. Аксенов. Формирование теплозащитных покрытий лопаток турбин методом пиролиза солей Zr-Y в низкотемпературной плазме // М-лы науч. конференции ИМЕНИТ-2012. С. 40-43.

8. Jordan, E.H., Gell, M. Nano Crystalline Ceramic and Ceramic Coatings Made by Conventional and Solution Plasma Spray // University of Connecticut Storrs. CT 06269 USA.P. 13.

9. Hengbei Zhao, Fengling Yu, Ted D. Bennett, Haydn N.G. Wadley. Morphology and thermal conductivity of yttria-stabilized zirconia coatings // Acta Materialia 54 (2006). P. 5195-5207.

10. Jordan, E.H., Gell, M., Bonzani, P., Chen, D., Basu, S., Cetegen, B., Wu, F. Making Dense Coatings with the Solution Precursor Plasma Spray Process // Inframat Corporation. Farmington CT USA. P. 1-4.

11. Bhatia, T., Ozturk, A., Liangde Xie, Jordan, E. H. and Baki M. Cetegen, Gell, M., Xinqin Ma, Nitin P. Padture. Mechanisms of ceramic coating deposition in solution-precursor plasma spray // Materials Research Society J. Mater. Res., Vol. 17, No. 9. Sep 2002. P. 2363-2372.

12. Nicholls, J.R., Lawson, K.J., Johnston, A., Rickerby, D.S. Low Thermal Conductivity EB-PVD Thermal Barrier Coatings, High Temperature Corrosion 5 (Editors: R.Streiff, I.J. Wright, R.Krutenat, M.Caillet, A. Cailerie). Trans Tech Publication, 2001. Pp. 595-606.