МНОГОСЛОЙНОЕ ЖАРОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ С ГРАДИЕНТОМ АЛЮМИНИЯ ПО ТОЛЩИНЕ
MULTI-LAYER HEAT RESISTANT COATING WITH GRADIENT OF ALUMINIUM BY THICKNESS

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.
2
3
Наиболее близким, принятым за прототип, является многослойное теплозащитное (жаростойкое) покрытие с градиентом алюминия по толщине, выполненное на основе никеля, хрома, алюминия и иттрия, причем покрытие выполнено из чередующихся слоев толщиной 0,8 мкм, каждый из которых содержит никель, хром, алюминий и иттрий, при этом число слоев составляет 76 (SU 1512173 A1, кл. C23C 14/00, 27.09.1996). Основным недостатком этого покрытия является снижение его защитных свойств в процессе эксплуатации. Покрытие состоит из сплава NiCrAlY. Основным элементом, обеспечивающим защиту от коррозии, в покрытии служит алюминий, образующий пассивирующий слой AlO. Максимальное содержание алюминия в этом сплаве может составлять 12%, при его дальнейшем увеличение будет происходить охрупчивание материала покрытия. В процессе эксплуатации под действием высоких температур (700-1200°С) происходит диффузия алюминия из покрытия (изначальное содержание алюминия - 12%) в материал образца (изначальное содержанием алюминия - 4%), концентрация алюминия в покрытии снижается, а следовательно, снижается коррозионная стойкость, уменьшается ресурс работы покрытия.
Предложено многослойное жаростойкое покрытие с градиентом алюминия по толщине, отличающееся тем, что оно состоит из чередующихся слоев толщиной от 0,1 до 3 мкм, число слоев в покрытии составляет от 10 до 100, содержание алюминия в слоях меняется по толщине покрытия от 4% у подложки, до 12% на поверхности. Первый от поверхности образца слой покрытия содержит: алюминий - 4%, никель - 70,7%, хром - 25%, иттрий - 0,3%. Последний от поверхности образца слой покрытия содержит: алюминий - 12%, никель - 66,7%, хром - 21%, иттрий - 0,3%.
Предлагаемое покрытие обладает длительной коррозионной стойкостью, которая достигается тем, что концентрация алюминия меняется плавно по толщине покрытия, в этом случае процессы диффузии алюминия из покрытия в образец замедляются и сохраняется максимальная концентрация алюминия на поверхности покрытия в течение многих часов работы образца при высоких температурах (700-1200°С). Испытания показали, что ресурс работы лопаток турбин с использованием многослойного жаростойкого покрытия с градиентом алюминия по толщине в 3 раза выше чем у лопаток с покрытием-прототипом.
Предлагаемое покрытие наносится в вакууме методом катодного распыления с двух магнетронов. Мишень одного магнетрона состоит из сплава NiCrY, мишень второго магнетрона - из алюминия. Концентрация алюминия в каждом слое регулируется физическими параметрами разряда.