способ напыления теплозащитных покрытий

Формула изобретения

Способ напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y₂О₃ , включающий послойное нанесение покрытия на изделие, отличающийся тем, что покрытие напыляют порошковыми материалами с заранее наведенной пористостью, а в процессе напыления осуществляют неполное расплавление напыляемых частиц за счет поддержания заданного температурного интервала и контроля степени их проплавления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий с заданным уровнем пористости, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.

Известны способы получения теплозащитных покрытий плазменным напылением на основе диоксида циркония, в которых пористость обеспечивают за счет полостей, образующихся между смыкающимися под плавлением частицами (см. например, Телев С.Г., Есенбеков B.C. и др. Плазменное напыление уплотнительных покрытий на основе диоксида циркония, Физика и химия обработки материалов, №3, 1992, с.58-64). В известных способах используют в качестве напыляемого материала порошки с плотными порошковыми частицами (беспористые или с минимальной пористостью). Недостатками полученных покрытий является их низкая когезия и нерегулярная (неравномерно) распределенная пористость, что приводит к разрушению покрытия на изделии при температурных изменениях.

Наиболее близким к данному изобретению является известный способ напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y₂ О₃, включающий послойное нанесение покрытия на изделие (US 6180184, С 23 С 4/10, 30.01.2001). Согласно этому способу получают термобарьерное покрытие из жаропрочных сплавов, стабилизированных иттрием оксида циркония, которое послойно наносят с помощью вакуумного электронно-лучевого напыления. При этом получают покрытие, имеющее столбчатую структуру, проявляющуюся в одном или нескольких слоях. Недостатком способа является возможность получения сквозной пористости, приводящей к коррозии подложки и к разрушению покрытия.

Задачей создания данного изобретения является получение теплозащитных покрытий с регулируемой пористостью и обеспечение высокой термостойкости защищаемого металла за счет повышения теплоизоляционной способности покрытия.

Для этого в способе напыления теплозащитного покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y₂О₃, включающем послойное нанесение покрытия на изделие, покрытие напыляют порошковыми материалами с заранее наведенной пористостью, а в процессе напыления осуществляют неполное расплавление напыляемых частиц за счет поддержания заданного температурного интервала и контроля степени их проплавления.

Пример.

Осуществляли послойное нанесение покрытия с использованием оксида циркония, стабилизированного Y₂ О₃, на детали горячего тракта газотурбинных установок (лопатки, детали камеры сгорания и другие). Покрытие напыляли порошковыми материалами с заранее наведенной пористостью. Для получения заранее наведенной пористости такие материалы, как, например, гидрооксиды Zr (OH)₄ BKB Аl(ОН)₃ , распыляли с помощью струи на воздухе. Перед их распылением в них вводили определенное количество сажи (углерода). При последующей прокалке (спекании) полученного порошка частицы углерода (сажи) выгорали и в результате получили частицы с наведенной пористостью. В процессе напыления полученного порошкового материала осуществляли лазерный контроль за поведением частиц в распыляемой струе, а именно: температурой частиц и степенью их проплавления. Контроль за температурой частиц осуществляли с использованием прибора Spray Watch 3 I for Thermal Spray Monitoring, Фирма Oseir Ltd-Финляндия. В случае нахождения частиц в узкой фракционной области (размером порядка 10 мкм) осуществляли контроль степени их оплавления. Процесс напыления осуществляли плазменной струей при использовании инверторных источников питания, при этом осуществляли неполное расплавление напыляемых частиц за счет поддержания заданного температурного интервала и контроля степени их проплавления. Формирование пористости покрытия получено за счет внутренних пор напыляемых частиц. В результате были улучшены когезионные характеристики покрытия и обеспечено равномерное распределение пор в покрытиях.