ТЕПЛОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЛОПАТОК ТУРБИН И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

1. Способ получения теплозащитного покрытия, преимущественно для рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, включающий формирование на защищаемой поверхности лопатки металлического подслоя, переходного металлокерамического слоя и внешнего керамического слоя, отличающийся тем, что при формировании переходного металлокерамического слоя по его толщине проводят пошаговое изменение соотношения содержания металла к керамике, в диапазоне 1-20 вес.% на шаг, уменьшая количество металла по толщине переходного слоя от 100% до 0%, при толщине переходного слоя от 8 мкм до 150 мкм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переходный металлокерамический слой формируют газотермическим напылением, проводят пошаговое изменение соотношения содержания металла к керамике в диапазоне 10-20 вес.% на шаг, при величине шага от 4 мкм до 8 мкм, при толщине переходного слоя от 40 мкм до 150 мкм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что переходный металлокерамический слой формируют вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, проводят пошаговое изменение соотношения содержания металла к керамике в диапазоне 1-10 вес.% на шаг, при величине шага от 0,08 мкм до 0,8 мкм, при толщине переходного слоя от 8 мкм до 100 мкм.
2
2
3
2
3
2
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве материала керамического слоя и керамики в переходном слое используют ZrO, стабилизированную YO в соотношении YO-5…9 вес.%, ZrO - остальное.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что керамика дополнительно содержит от 4% до 36% оксидов La, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb и их смесей.
6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве материала металлического слоя используют жаростойкие сплавы на основе никеля и/или кобальта с добавками Cr, Al, Y, Yb, причем толщина металлического подслоя составляет от 8 мкм до 60 мкм, а толщина керамического слоя составляет от 35 мкм до 400 мкм.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве материала металлического слоя используют жаростойкие сплавы на основе никеля и/или кобальта с добавками Cr, Al, Y, Yb, причем толщина металлического подслоя составляет от 8 мкм до 60 мкм, а толщина керамического слоя составляет от 35 мкм до 400 мкм.
10
20
2
8. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя проводят ионно-плазменную подготовку поверхности лопатки и ее ионно-имплантационную обработку ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, при энергии ионов от 0,2 кэВ до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 10 до 5·10 ион/см.
10
20
2
9. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя проводят ионно-плазменную подготовку поверхности лопатки и ее ионно-имплантационную обработку ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, при энергии ионов от 0,2 кэВ до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 10 до 5·10 ион/см.
10
20
2
10. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя проводят ионно-плазменную подготовку поверхности лопатки и ее ионно-имплантационную обработку ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, при энергии ионов от 0,2 кэВ до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 10 до 5·10 ион/см.
11. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слой из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 мкм до 2,0 мкм.
12. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слой из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 мкм до 2,0 мкм.
13. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слой из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 мкм до 2,0 мкм.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед нанесением металлического подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слой из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 мкм до 2,0 мкм.
15. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, 12-14, отличающийся тем, что нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным, и/или гальваническим, и/или газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.
16. Способ по п.4, отличающийся тем, что нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным, и/или гальваническим газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.
17. Способ по п.6, отличающийся тем, что нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным, и/или гальваническим газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.
18. Способ по п.8, отличающийся тем, что нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным, и/или гальваническим, и/или газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.
19. Способ по п.11, отличающийся тем, что нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным, и/или гальваническим, и/или газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим, и/или вакуумными ионно-плазменными методами, и/или магнетронными методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.
20. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное, при этом толщина жаростойкого слоя составляет от 10 до 60 мкм.
21. Способ по любому из пп.7, 9, 10, 12-14, 16-19, отличающийся тем, что в качестве жаростойкого сплава используют сплавы состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Со - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное.
22. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Со - от 16%) до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное.
23. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Со - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное.
24. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Со - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное.
25. Способ по п.15, отличающийся тем, что в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное, или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Со - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное.
-3
26. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, 12-14, 16-19, 22-25, отличающийся тем, что после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме не хуже 10 мм рт.ст. или среде защитного газа, выбирая температуру в диапазоне от 800°C до 1300°C.
-3
27. Способ по п.6, отличающийся тем, что после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме не хуже 10 мм рт.ст. или среде защитного газа, выбирая температуру в диапазоне от 800°C до 1300°C.
-3
28. Способ по п.8, отличающийся тем, что после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме не хуже 10 мм рт.ст. или среде защитного газа, выбирая температуру в диапазоне от 800°C до 1300°C.
-3
29. Способ по п.11, отличающийся тем, что после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме не хуже 10 мм рт.ст. или среде защитного газа, выбирая температуру в диапазоне от 800°C до 1300°C.
-3
30. Способ по п.15, отличающийся тем, что после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме не хуже 10 мм рт.ст. или среде защитного газа, выбирая температуру в диапазоне от 800°C до 1300°C.
31. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, 12-14, 16-19, 22-25, 27-30, отличающийся тем, что в качестве лопатки турбины используются лопатки из никелевых или кобальтовых жаропрочных сплавов.
2
2
3
32. Теплозащитное покрытие преимущественно для рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, содержащее металлический подслой, нанесенный на поверхность лопатки, переходный слой, содержащий металлическую и керамическую фазы и нанесенный на переходный слой внешний керамический слой на основе ZrO стабилизированный YO, отличающийся тем, что переходный металлокерамический слой выполнен многослойным при пошаговом уменьшении содержания металлической составляющей в каждом слое переходного слоя от 1% до 20% весовых в направлении перехода от металлического подслоя к керамическому слою, при уменьшении соотношения металла к керамике по толщине переходного слоя от 100% до 0% и толщине переходного слоя от 8 мкм до 150 мкм.
33. Теплозащитное покрытие, по п.32 отличающееся тем, что включает переходный металлокерамический слой, полученный газотермическим напылением при пошаговом изменении соотношения содержания металла к керамике в диапазоне 10-20 вес.% на шаг, при величине шага от 4 мкм до 8 мкм, при толщине переходного слоя от 40 мкм до 100 мкм.
34. Теплозащитное покрытие, по п.32 отличающееся тем, что включает переходный металлокерамический слой, полученный вакуумными ионно-плазменными методами и/или магнетронными методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, при пошаговом изменении соотношения содержания металла к керамике в диапазоне 1-10 вес.% на шаг, при величине шага от 0,08 мкм до 0,8 мкм, при толщине переходного слоя от 8 мкм до 100 мкм.
10
20
2
35. Теплозащитное покрытие, по п.32 отличающееся тем, что в качестве материала металлического подслоя использованы жаростойкие сплавы на основе никеля и/или кобальта с добавками Cr, Al, Y, Yb, причем толщина металлического подслоя составляет от 8 мкм до 60 мкм, а металлический подслой нанесен на поверхность основного материала лопатки, подвергнутую ионно-имплантационной обработке ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, при энергии ионов от 0,2 кэВ до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 10 до 5·10 ион/см.
2
2
3
2
3
2
36. Теплозащитное покрытие по любому из пп.32-35, отличающееся тем, что толщина керамического слоя составляет от 35 мкм до 400 мкм, а в качестве материала керамического слоя и керамики в переходном слое использованы ZrO, стабилизированный YO в соотношении YO - 5…9 вес.% ZrO - остальное.
37. Способ по п.36, отличающийся тем, что керамика дополнительно содержит от 4% до 36% оксидов La, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb и их смесей.