Эскизный проект MO-CVD реактора для термобарьерного покрытия турбины

Об авторе:

Аннотация:

В данной статье анализируются данные исследований по термобарьерным покрытиям, полученные методом химического осаждения из паровой фазы. Рассматриваются скорости роста слоев, конструкции реакторов, микроструктуры и свойства керамических покрытий. Основное внимание уделяется методам исследования и результатам, полученным с применением металлоорганических прекурсоров. Термобарьерное покрытие рабочих лопаток методом химического осаждения из газовой фазы может быть более эффективным решением, чем традиционные подходы, связанные с электронно-лучевыми или плазменными процессами. Микроструктура, механические и теплофизические свойства таких покрытий сопоставимы с серийными конденсационными слоями. При использовании β-дикетонатов (дипивалоилметанатов) циркония и иттрия в качестве прекурсоров совершенная структура кристаллитов может формироваться со скоростью более 20-50 мкм/ч и ограничивается, главным образом, конструкцией сублиматоров. Представлено краткое описание экспериментального реактора для покрытия лопатки турбины.

Список литературы:

1. Берлин Е. В. Получение тонких пленок реактивным магнетронным распылением / Е. В. Берлин, Л. А. Сейдман. М.: Техносфера, 2014. 256 с.
2. Каблов Е. Н. Теплозащитные покрытия для лопаток турбины высокого давления перспективных ГТД / Е. Н. Каблов, С. А. Мубояджян // Металлы. 2012. № 1. С. 5-13.
3. Коломыцев П. Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов / П. Т. Коломыцев. М.: Металлургия, 1991. 237 с.
4. Мубояджян С. А. Получение керамических теплозащитных покрытий для рабочих лопаток турбин авиационных ГТД магнетронным методом / С. А. Мубояджян, С. А. Будиновский, А. М. Гаямов, А. А. Смирнов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 4. С. 3-8.
5. Нагога Г. П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин: Учебное пособие / Г. П. Нагога. М.: Изд-во МАИ, 1996. 100 с.
6. Пешкова В. М. β-Дикетоны / В. М. Пешкова, Н. В. Мельчакова. М.: Наука, 1986. 200 с.
7. Придорожный Р. П. Расчетная оценка эффективности применения теплозащитных покрытий на охлаждаемых рабочих лопатках турбин высокого давления авиационных газотурбинных двигателей / Р. П. Придорожный, А. В. Шереметьев, А. П. Зиньковский // Вестник двигателестроения. 2014. № 1. С. 52-56.
8. Смирнов А. А. Повышение жаростойкости конденсационно-диффузионных покрытий для лопаток турбин из сплава ЖС32 / А. А. Смирнов, С. А. Будиновский // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 2. С. 3-10.
9. Сыркин В. Г. CVD-метод. Химическое парофазное осаждение / В. Г. Сыркин. М.: Наука, 2000. 495 с.
10. Тамарин Ю. А. Жаростойкие диффузионные покрытия лопаток газотурбинных двигателей / Ю. А. Тамарин; под ред. чл-кор. АН СССР А. Т. Туманова. М.: Машиностроение, 1978. 136 с.
11. Тихонов А. С. Проектирование установки для термоциклических испытаний комплексных многослойных теплозащитных покрытий лопаток газовых турбин / А. С. Тихонов, С. И. Сендюрев, В. Т. Хайрулин // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. № 38. С. 61-71.
12. Харьковский С. В. Сравнение наиболее распространенных схем охлаждения рабочих лопаток высокотемпературных турбин высокого давления / С. В. Харьковский, В. П. Почуев, В. С. Кинзбурский, А. А. Мухин // Высокотемпературные газовые турбины / под ред. М. Я. Иванова. М.: ТОРУС ПРЕСС, 2010. С. 171-190 (Труды ЦИАМ № 1342).
13. Яковчук К. Ю. Теплопроводность и термоциклическая долговечность конденсационных термобарьерных покрытий / К. Ю. Яковчук // Современная электрометаллургия. 2014. № 4. С. 25-31.
14. Brammer T. M. Improving the Phase Stability and Oxidation Resistance of β-NiAl / T. M. Brammer. Ames, Iowa: UNT Digital Library, 2011. 90 pp. DOI: 10.2172/1029609
15. Fauchais P. L. Thermal Spray Fundamentals / P. L. Fauchais, J. V. R. Heberlein, M. L. Boulos. New York: Springer US Publ., 2014. 1566 pp. DOI: 10.1007/978-0-387-68991-3
16. Kimura T. Rapid Synthesis of Yttria-Stabilized Zirconia Films by Laser Chemical Vapor Deposition / T. Kimura, T. Goto // Materials Transactions. 2003. Vol. 44. No 3. Pp. 421-424. DOI: 10.2320/matertrans.44.421
17. Movchan B. A. High-Temperature Protective Coatings Produced by EB-PVD / B. A. Movchan, K. Yu. Yakovchuk // Journal of Coating Science and Technology. 2014. Vol. 1. Pp. 96-110.
18. Nemetz W. Chemical Vapour Deposition of Thermal Barrier Coatings on Turbine Blades / W. Nemetz. Zugl. Braunschweig, Techn. Univ., Diss. 2004. 125 pp.
19. Nicholls J. R. Low Thermal Conductivity EB-PVD Thermal Barrier Coatings. High Temperature Corrosion 5 / J. R. Nicholls, K. J. Lawson, A. Johnston, D. S. Rickerby; Edited by R. Streiff, I. J. Wright, R. Krutenat, M. Caillet, A. Cailerie. Trans Tech Publication, 2001. Pp. 595-606.
20. Pint B. A. Substrate and Bond Coat Compositions: Factors Affecting Alumina Scale Adhesion / B. A. Pint, I. G. Wright, W. Y. Lee, Y. Zhang, K. Prüßner, K. B. Alexander // Materials Science and Engineering. 1998. A245. Pp. 201-211. DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00851-4
21. Préauchat B. Properties of PECVD-Deposited Thermal Barrier Coatings / B. Préauchat, S. Drawin // Surface and Coatings Technology. 2001. Nos 142-144. Pp. 835-842. DOI: 10.1016/S0257-8972(01)01211-7
22. Pulver M. Chemische Gasphasenabscheidung von Zirkoniumdioxid, Yttriumoxid und Aluminiumoxid aus β-Diketonaten und Alkoholaten: Diss. / M. Pulver. TU Braunschweig. Papierflieger, Clausthal-Zellerfeld, 2000.
23. Tu R. Thermal Cycle Resistance of Yttria Stabilized Zirconia Coatings Prepared by MO-CVD / R. Tu, T. Goto // Materials Transactions. 2005. Vol. 46. No 6. Pp. 1318-1323. DOI: 10.2320/matertrans.46.1318
24. Varanasi V. G. High-Growth Rate YSZ Thermal Barrier Coatings Deposited by MOCVD Demonstrate High Thermal Cycling Lifetime / V. G. Varanasi, T. M. Besmann, E. A. Payzant, B. A. Pint, J. L. Lothian, T. J. Anderson // Materials Science and Engineering A. 2001. No 528. Pp. 978-985.
25. Varanasi V. G. MOCVD of YSZ Coatings Using β-diketonate Precursors / V. G. Varanasi, T. M. Besmann, R. L. Hyde, E. A. Payzant, T. J. Anderson // Journal of Alloys and Compounds. 2009. No 470. Pp. 354-359. DOI: 10.1016/j.jallcom.2008.02.103
26. Wahl G. Chemical Vapour Deposition of TBC: An Alternative Process for Gas Turbine Components / G. Wahl, W. Nemetz, M. Giannozzi, S. Rushworth, D. Baxter, N. Archer, F. Cernuschi, N. Boyle // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. 2001. No 123. Pp. 520-524.