Способ получения теплозащитного покрытия

Способ получения теплозащитного покрытия, включающий нанесение жаростойкого подслоя из сплава никель-хром-алюминий-иттрий и внешнего керамического слоя из стабилизированного диоксида циркония методом электронно-лучевого испарения, вакуумный отжиг и окислительный отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости и контроля прочности сцепления керамического слоя с подслоем, окислительный отжиг проводят при 700 780^oС в течение 1-3 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Изобретение относится к вакуумной металлургии и, в частности, к способам нанесения керамического покрытия преимущественно методом электронно-лучевого испарения.
Целью изобретения является повышение термостойкости и контроля прочности сцепления керамического слоя с подслоем.
Цель достигается тем, что окислительный отжиг проводят при температуре 700-780^oС в течение 1-3 ч с последующим охлаждением на воздухе.
П р и м е р 1. На плоские образцы размером 70х10х2 мм из жаропрочного сплава ЖСЗОМ (монокристалл) после подготовки поверхности (ручная полировка, абразивно-жидкостная обработка, вибрационное шлифование) был нанесен подслой Ni 16% Cr 13% Al 0,1% Y. Затем проведен вакуумный отжиг при температуре 1050^oС в течение 2 ч и вибрационное шлифование на установке ВУРБ-20 в течение 2 ч. Потом на образцы, нагретые до температуры 850^oС, был нанесен керамический слой толщиной 200 мкм. Причем с целью получения беспористой зоны в начальный момент конденсации оксида испарение керамики на номинальный режим выводили быстро (I=2,2 А), что привело к увеличению температуры нагрева образцов в начальный момент с 850 до 900^oС. Нагрев образцов при нанесении проводили электронным лучом (I=0,6 А). Затем проводили вакуумный отжиг при 1050^oС в течение 3 ч. Микроструктурное исследование образца после вакуумного отжига показало, что в начальный момент получения керамического слоя имела место тонкая беспористая керамическая прослойка толщиной 10 мкм. Затем образцы подвергали окислительному отжигу при температуре 600-870^oС в течение 0,5-50 ч (см. таблицу 1).
Анализ образцов с покрытием после окисления при температуре 700-780^oС в течение 1-3 ч показывает, что на этих образцах имеет место отслаивание керамического слоя. При температуре 600-680^oС, 800-870^oC в течение 1-32 ч отслаивание керамического слоя не обнаружено. Затем образцы, не имеющие отслаивания, подвергали испытаниям на термоудар при 1100^oС, выдержке 10 мин, охлаждению в воде (20^oС). Шелушение керамического слоя выявлено после 1-6 циклов, т.е. данное теплозащитное покрытие обладает низкой термостойкостью.
Таким образом, из этого эксперимента следует, что окислительный отжиг, проведенный при температуре 700-780^oС в течение 1-30 ч, выявил недостаточную термостойкость керамического слоя до испытания на термоудар. Увеличение времени окисления более 3 ч является неэкономичным и не дает преимуществ.
П р и м е р 2. На лопатки ступени турбины из сплава ЖСЗО после подготовки поверхности (ручная полировка, абразивно-жидкостная обработка, вибрационное шлифование) методом электронно-лучевого испарения были нанесены два подслоя: подслой Ni 18% Cr 6% Al 0,08% Y и подслой, состоящий из чередующихся микрослоев Ni 16% Cr 12% Al 0,05% Y и Ni 16% Cr 12% Al 0,05% Y +3% ZrO₂ 8% Y₂O₃ толщиной 0,8 мкм.
Толщина на входной кромке составила: первого подслоя 30 мкм, второго подслоя 60 мкм. Затем проведен вакуумный отжиг при температуре 1050^oС в течение 2 ч и вибрационное шлифование на установке ВУРБ-250 в течение 2 ч. Затем нанесен керамический слой ZrO₂ 8% Y₂O₃ (толщина беспористой зоны в керамическом слое составила 2-4 мкм) и проведен вакуумный отжиг при температуре 1050^oС в течение 2 ч. После вакуумного отжига проведено окисление при температуре 700-870^oС в течение 0,5-32 ч (см. таблицу N 2). После нагрева 870^oС в течение 32 ч охлаждение осуществляли на воздухе и вместе с печью.
Затем все лопатки подвергали термоудару при температуре 1100^oС, выдержке в течение 10 мин с последующим охлаждением в воде. Проведение окислительного отжига при температуре 700-780^oC в течение 1-3 ч приводит к повышению термостойкости керамического слоя теплозащитного покрытия по сравнению с отжигом при температуре 870^oС в течение 32 ч.
П р и м е р 3. На лопатки ступени турбины из сплава ЖСЗОМ после подготовки поверхности (ручная полировка, вибрационное шлифование) был нанесен подслой Ni 18% Cr 9% Al 6% Co 0,07% Y. Затем проведен вакуумный отжиг при температуре 1050^oС в течение 2 ч и вибрационное шлифование на установке ВУРБ-250. Затем нанесен керамический слой из стабилизированного диоксида циркония (ZrO₂ 16% Y₂O₃) толщиной 160 мкм (3 садки). Толщина беспористой зоны в керамическом слое в садках N 1, 2, 3 соответственно составила 10, 13 2 мкм (таблица 3). После нанесения керамического слоя проведен вакуумный отжиг при температуре 1050^oС в течение 2 ч и окислительный отжиг. Режимы окислительного отжига даны в таблице N 3, из которой видно, что при окислении при температуре 750^oС в течение 1 ч и охлаждении на воздухе происходит отслаивание керамического слоя в садках N 1 и 2. Затем образцы, которые не имели шелушения, подвергали термоудару 1100-20-1100^oС (см. таблицу N 3). Видно, что образцы садок N 1 и 2, которые не имели отслаивания после окисления на воздухе, имели небольшую термостойкость при испытании на термоудар. Лопатки садки N 3, прошедшие окислительный отжиг при температуре 750^oС в течение 1 ч, имели значительно большую термостойкость при испытании на термоудар, чем лопатки, окисленные при температуре 870^oС в течение 32 ч.
Предлагаемый способ позволил увеличить ресурс керамического слоя из стабилизированного диоксида циркония и дал возможность отбраковать некачественное нанесение керамического слоя на лопатках турбины до их эксплуатации.
Изобретение относится к вакуумной металлургии и может быть использовано для получения теплозащитного покрытия, например керамического покрытия, методом электронно-лучевого испарения. Цель изобретения - повышение термостойкости и контроля прочности сцепления керамического слоя с подслоем - достигается тем, что окислительный отжиг керамического слоя проводят при температуре 700-780^oС в течение 1-3 ч с последующим охлаждением на воздухе. 3 табл.