RU2434076C2 - Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания - Google Patents
Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434076C2 RU2434076C2 RU2009140587/02A RU2009140587A RU2434076C2 RU 2434076 C2 RU2434076 C2 RU 2434076C2 RU 2009140587/02 A RU2009140587/02 A RU 2009140587/02A RU 2009140587 A RU2009140587 A RU 2009140587A RU 2434076 C2 RU2434076 C2 RU 2434076C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chromium
- coating
- blade
- nickel
- yttrium
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 35
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011651 chromium Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 15
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаростойкому покрытию с градиентом хрома по профилю пера лопатки. Заявлено жаростойкое покрытие на основе никеля для пера лопатки газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания, содержащее хром, алюминий и иттрий. Содержание и соотношение хрома и алюминия в покрытии меняется по профилю пера лопатки, при этом во входной кромке 1 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 10, хром 24, иттрий 0,3, в выходной кромке 3 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 12, хром 22, иттрий 0,3, покрытие спинки 2 лопатки содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 6, хром 28, иттрий 0,3, а покрытие корыта 4 лопатки содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 4, хром 30, иттрий 0,3. Покрытие обладает одновременно высокой коррозионной стойкостью как к сульфидной, так и к окисной коррозии во всех зонах лопатки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к материалам, служащим в качестве защитных покрытий термонагруженных деталей газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания.
Известны жаростойкие покрытия на основе металла (металл: кобальт, железо, никель или их сплавы), содержащие хром, алюминий, иттрий, получаемые вакуумно-плазменными методами (Hunt С.d'A. Пат. 3798055 (США). Vapor deposition process. - Опубл. 19.03.74). Недостатком этих покрытий является низкая стабильность и долговечность при высоких температурах.
В качестве наиболее близкого аналога может быть принято жаростойкое покрытие из сплава на основе никеля, раскрытое в US 3754903 А, С22С 19/05, 28.08.1973. Основным недостатком этого покрытия является неравномерная защита от коррозии по профилю пера лопатки, которая ведет к образованию очагов разрушения покрытия. В процессе работы лопатка подвержена воздействию высоких температур и агрессивной среды, однако это воздействие неодинаково для отдельных зон лопатки.
Для пояснения описываемого изобретения на чертеже схематично представлено перо лопатки. Как видно из чертежа, перо лопатки содержит следующие зоны:
1 - входная кромка
2 - спинка
3 - выходная кромка
4 - корыто
Наибольшие температуры приходятся на входную кромку лопатки (650-950°С), на выходной кромке 3 температуры ниже (570-900°С). На спинке 2 лопатки температуры еще ниже (500-910°С), на корыте 4 лопатки наиболее низкие температуры (500-850°С). Из-за неравномерности температурного поля процессы коррозии тоже неодинаковы. При высоких температурах (начиная с 600°С) преобладает окисная коррозия, к которой наиболее стоек оксид алюминия Al2O3. При более низких температурах (до 600°С) проявляется сульфидная коррозия, наибольшая стойкость к которой у оксида хрома CrO2. Поэтому покрытие, обладающее постоянным химическим составом, не может одинаково хорошо защищать от окисной и сульфидной коррозии одновременно.
Заявленное жаростойкое покрытие отличается от покрытия-прототипа тем, что содержание и соотношение хрома и алюминия в покрытии меняется по профилю пера лопатки, при этом во входной кромке 1 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель - 65,7, алюминий - 12, хром - 22, иттрий - 0,3, в выходной кромке 3 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель - 65,7, алюминий - 10, хром - 24, иттрий - 0,3, покрытие спинки 2 лопатки содержит, мас.%: никель - 65,7, алюминий - 6, хром - 28, иттрий - 0,3, а покрытие корыта 4 лопатки содержит, мас.%: никель - 65,7, алюминий - 4, хром - 30, иттрий - 0,3.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - получение жаростойкого покрытия, обладающего одновременно высокой коррозионной стойкостью как к сульфидной, так и к окисной коррозии во всех зонах лопатки. Такая защита достигается тем, что соотношение хрома и алюминия в покрытии плавно меняется по профилю пера лопатки таким образом, что в наиболее нагретых ее зонах, подверженных окисной коррозии, обеспечивается максимальное содержание алюминия (12%) и минимальное содержание хрома (22%), тем самым на поверхности покрытия образуется защитная пленка Al2O3, препятствующая окисной коррозии. При этом в наименее нагретых зонах, подверженных сульфидной коррозии, наоборот, содержание алюминия в покрытии минимально (4%), а содержание хрома максимально (30%), поэтому на поверхности покрытия образуется слой CrO2, препятствующий сульфидной коррозии. Испытания показали, что ресурс работы лопаток турбин с использованием жаростойкого покрытия с градиентом хрома по профилю пера лопатки в 4 раза выше, чем у лопаток с покрытием-прототипом.
Предлагаемое покрытие наносится в вакууме методом катодного распыления с одного магнетрона, мишень магнетрона состоит из сплава NiCrAlY. В процессе напыления на лопатку подается напряжение смещения, тем самым достигается изменение концентрации хрома в покрытии.
Как уже упоминалось, технический эффект предложенного покрытия заключается в повышении жаростойкости в широком диапазоне температур от 500°С до 1000°С, что обуславливает высокую коррозионную стойкость покрытия как к сульфидной, так и к окисной коррозии во всех зонах лопатки и, как следствие, существенное увеличение ресурса работы лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания (в 4 раза выше, чем у покрытия-прототипа).
Claims (2)
1. Жаростойкое покрытие на основе никеля для пера лопатки газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания, содержащее хром, алюминий и иттрий, отличающееся тем, что содержание и соотношение хрома и алюминия в покрытии меняется по профилю пера лопатки, при этом во входной кромке 1 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 10, хром 24, иттрий 0,3, в выходной кромке 3 лопатки покрытие содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 12, хром 22, иттрий 0,3, покрытие спинки 2 лопатки содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 6, хром 28, иттрий 0,3, а покрытие корыта 4 лопатки содержит, мас.%: никель 65,7, алюминий 4, хром 30, иттрий 0,3.
2. Жаростойкое покрытие по п.1, отличающееся тем, что имеет градиент хрома по профилю пера лопатки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009140587/02A RU2434076C2 (ru) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009140587/02A RU2434076C2 (ru) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009140587A RU2009140587A (ru) | 2011-05-10 |
| RU2434076C2 true RU2434076C2 (ru) | 2011-11-20 |
Family
ID=44732287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009140587/02A RU2434076C2 (ru) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2434076C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179506U1 (ru) * | 2017-10-31 | 2018-05-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим хром |
-
2009
- 2009-11-05 RU RU2009140587/02A patent/RU2434076C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179506U1 (ru) * | 2017-10-31 | 2018-05-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим хром |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009140587A (ru) | 2011-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5981088A (en) | Thermal barrier coating system | |
| US4346137A (en) | High temperature fatigue oxidation resistant coating on superalloy substrate | |
| EP0844368B1 (en) | Partial coating for gas turbine engine airfoils to increase fatigue strength | |
| JP5362982B2 (ja) | 合金組成物及びそれを含む物品 | |
| EP2607510B1 (en) | Nickel-cobalt-based alloy and bond coat and bond coated articles incorporating the same | |
| SE453305B (sv) | Beleggningskomposition av mcraly-typ och dess anvendning pa nickel- och/eller koboltbaserade gasturbinkomponenter | |
| EP1595977A2 (en) | Superalloy article having corrosion resistant coating thereon | |
| JP5264156B2 (ja) | ロジウムアルミナイド系層を含む皮膜系 | |
| JP2011074494A (ja) | 単層ボンドコート及びその施工方法 | |
| US7666516B2 (en) | Ceramic thermal barrier coating | |
| JP2008168346A (ja) | 合金組成物及びそれを含んでなる物品 | |
| JPH02521B2 (ru) | ||
| JP7174811B2 (ja) | 高温部材 | |
| Tsai et al. | Thermal cyclic oxidation performance of plasma sprayed zirconia thermal barrier coatings with modified high velocity oxygen fuel sprayed bond coatings | |
| US7166373B2 (en) | Ceramic compositions for thermal barrier coatings with improved mechanical properties | |
| US20120164473A1 (en) | Thermal barrier coatings | |
| US6974637B2 (en) | Ni-base superalloy having a thermal barrier coating system | |
| CA2964118C (en) | System and methods of forming a multilayer thermal barrier coating system | |
| US11492692B2 (en) | Thermal barrier coating with high corrosion resistance | |
| RU2434076C2 (ru) | Жаростойкое покрытие с градиентом хрома по профилю пера лопатки для защиты лопаток газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания | |
| Gupta et al. | A silicon and hafnium modified plasma sprayed MCrAlY coating | |
| Góral et al. | Influence of turbine blade geometry on thickness of TBCs deposited by VPA and PS-PVD methods | |
| Singh et al. | Corrosion behavior of plasma-sprayed coatings on a Ni-base superalloy in Na 2 SO 4-60 Pct V 2 O 5 environment at 900° C | |
| Audigié et al. | Cyclic Oxidation Behavior of TBC Systems with a Pt-Rich γ-Ni+ γ′-Ni 3 Al Bond-Coating Made by SPS | |
| US8808803B2 (en) | Coating method for reactive metal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121106 |