Technological Peculiarities of Thermal Barrier Coatings Based on Zirconium Dioxide

Abstract

Belаrusian National Technical University, 2016Реферат. Разработана технология формирования теплозащитных покрытий на основе диоксида циркония, исследова-ны структуры фазового состава и термостойкости таких покрытий. Приведены результаты исследования процесса формирования оксидной системы ZrO 2 -Y 2 О 3 методами плазменного напыления и последующей высокоэнергетиче-ской обработки, позволяющей повысить стойкость теплозащитного покрытия к термоциклированию при темпера-туре 1100 °С. Это приводит к более длительной защите подложки от воздействий высоких температур. Методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследовани-ях структурных элементов композиционных плазменных покрытий системы ZrO 2 -Y 2 О. Стойкость плазменных по-крытий типа Me -Cr -Al -Y/ZrO 2 -Y 2 O 3 , применяемых в качестве теплозащитных покрытий для защиты лопаток газотурбинных двигателей в условиях частых теплосмен, ограничивается скалыванием внешнего керамического слоя. Структурные и микрорентгеноспектральные исследования показали, что в результате термоциклирования внешняя атмосфера благодаря пористой структуре керамического слоя покрытия проникает к поверхности нижнего металли-ческого покрытия, вызывая его окисление. В результате на границе металл -керамика формируется слой Al 2 O 3 , изменяющий напряженное состояние покрытия, что приводит к снижению защитных свойств. Таким образом, высо-кая термостойкость теплозащитных покрытий зависит от процессов, протекающих на границе между металлическим и керамическим слоями покрытия. Лазерное воздействие на образцы с теплозащитными покрытиями приводит к из-менению структуры оксидного слоя ZrO 2 -Y 2 O 3 . При этом его исходная поверхность, характеризующаяся развитым рельефом, в результате обработки существенно выравнивается и покрытие растрескивается, разделяясь на фрагмен-ты. Так как оксидное покрытие обладает низкой теплопроводностью, а время воздействия лазера порядка 10 -3 с, теп-ловой поток не успевает распространиться на большую глубину. В результате поверхность покрытия приобретает вид застывшего расплава. Покрытие, полученное из порошка ZrO 2 -7 % Y 2 O 3 по разработанной авторами технологии, выдерживает в 1,5 раза больше циклов нагрева -охлаждения, чем подобное покрытие, изготовленное ранее. Предло-женный способ позволяет повысить стойкости покрытия к термоциклированию при температуре 1100° С.

Multi-Layers Composite Plasma Coatings Based on Oxide Ceramics and M-Croll

“…The design of new ceramic composites is based on the need to further improve the properties of plasma coatings for operation under high-temperature operation and under conditions of intense wear [1][2][3][4][5]. The process of plasma spraying is one of the most widespread methods of deposition of coatings from ceramics and especially oxide ceramic materials in production [6][7][8][9].…”