UA74150C2 - Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра - Google Patents
Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра Download PDFInfo
- Publication number
- UA74150C2 UA74150C2 UA2002010241A UA2002010241A UA74150C2 UA 74150 C2 UA74150 C2 UA 74150C2 UA 2002010241 A UA2002010241 A UA 2002010241A UA 2002010241 A UA2002010241 A UA 2002010241A UA 74150 C2 UA74150 C2 UA 74150C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- oxide
- carbon
- coating
- thermal barrier
- creating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 title claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 83
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 58
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 51
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 48
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 29
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 29
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 10
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- -1 zirconium ions Chemical class 0.000 claims description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 7
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 6
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910003454 ytterbium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229940075624 ytterbium oxide Drugs 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 5
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 3
- GBNDTYKAOXLLID-UHFFFAOYSA-N zirconium(4+) ion Chemical compound [Zr+4] GBNDTYKAOXLLID-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 102100033073 Polypyrimidine tract-binding protein 1 Human genes 0.000 description 100
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical group O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 241001653180 Natada Species 0.000 description 3
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 3
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000002294 plasma sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- GRTBAGCGDOYUBE-UHFFFAOYSA-N yttrium(3+) Chemical compound [Y+3] GRTBAGCGDOYUBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010289 gas flame spraying Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- JAGQSESDQXCFCH-UHFFFAOYSA-N methane;molybdenum Chemical compound C.[Mo].[Mo] JAGQSESDQXCFCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000034655 secondary growth Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical group [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
- C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
- C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
- F05D2300/15—Rare earth metals, i.e. Sc, Y, lanthanides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249954—With chemically effective material or specified gas other than air, N, or carbon dioxide in void-containing component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249955—Void-containing component partially impregnated with adjacent component
- Y10T428/249956—Void-containing component is inorganic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249955—Void-containing component partially impregnated with adjacent component
- Y10T428/249956—Void-containing component is inorganic
- Y10T428/249957—Inorganic impregnant
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249976—Voids specified as closed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249987—With nonvoid component of specified composition
- Y10T428/24999—Inorganic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Покриття для створення теплового бар'єра або покриття теплового бар’єра (ПТБ) (26) утворене теплоізоляційним матеріалом, який містить оксид цирконію, стабілізований оксидом ітрію (YSZ), сплавлений з принаймні третім оксидом. ПТБ (26) утворене таким чином, що воно також містить елементарний карбон і може потенційно містити карбіди та/або карбоновмісний газ, який утворюється внаслідок термічного розкладу карбону. ПТБ (26) характеризується нижчою густиною та теплопровідністю, високою температурною стабільністю і поліпшеними механічними властивостями. Для виявлення бажаного ефекту третій оксид, зокрема є таким, що підвищує енергію деформації мікроструктури ПТБ внаслідок того, що має розмір іону, що в достатньому ступені відрізняється від іону цирконію.
Description
Опис винаходу
Описаний тут винахід був зроблений в ході виконання чи за контрактом або субдоговором в його рамках (чи 2 грантом) з Міністерством військово-морських сил.
Даний винахід стосується покриттів для створення теплового бар'єру для компонентів, які зазнають дії високих температур, таких як агресивне теплове середовище газотурбінного двигуна. Більш конкретно, даний винахід стосується покриття для створення теплового бар'єру (ПТБ), яке містить елементарний карбон та/або карбіди у стабілізованому оксидом ітрію оксиді цирконію, який було сплавлено з принаймні третім оксидом для 70 підвищення енергії деформації кристалічної решітки зерен ПТБ. ПТБ, що утворюється при цьому, характеризується низькими густиною та теплопровідністю, високою температурною стабільністю та поліпшеними механічними властивостями за рахунок ефекту зміцнення при взаємодії карбону з третім оксидом.
Існує постійне прагнення до підвищення робочої температури газотурбінних 5 двигунів з метою підвищення їх ефективності. Однак з підвищенням робочих температур має відповідно зростати високотемпературна стійкість 72 компонентів, які знаходяться на шляху гарячих газів у двигуні. Істотне поліпшення високотемпературних характеристик було досягнуто завдяки створенню надміцних сплавів на основі нікелю та кобальту. Проте, при використанні для виготовлення компонентів турбіни секцій камери згоряння та форсажної камери газотурбінного двигуна самі лише такі сплави часто є сприйнятливими до пошкодження внаслідок оксидації та вісокотемпературної корозії і тому не можуть зберігати достатні механічні властивості. З цієї причини такі компоненти часто захищають за допомогою системи покриття для створення теплового бар'єру (ПТБ). Системи
ПТБ типово включають сполучний шар для захисту від середовища та теплоізоляційне покриття, яке звичайно називають ПТБ. Матеріали сполучного покриття, які широко використовуються в системах ПТБ, включають стійкі до оксидації зовнішні покриття, такі як МСГАЇХ (де М позначає ферум, кобальт та/або нікол, а Х позначає ітрій чи інший рідкісноземельний чи реакційноздатний елемент) та стійкі до оксидації дифузійні покриття, такі як с дифузійні алюмініди, які містять нікол-алюмінієві (МіАї) інтерметалічні сполуки. Ге)
Матеріали ПТБ є типово керамічними матеріалами, зокрема, оксидом цирконію (7705), який частково чи повністю стабілізований оксидом ітрію (2053), оксидом магнію (Мо), оксидом церію (СеО»), оксидом кальцію (Саб), оксидом скандію (5С2О53) чи іншими оксидами. Як матеріал ПТБ широко використовується бінарна система оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію (57), внаслідок її високої теплоємності, низької о теплопровідності та стійкості до ерозії у порівнянні з оксидом цирконію, стабілізованим іншими оксидами, ю наприклад, оксидом цирконію, стабілізованим оксидом церію, який має гіршу стійкість до ерозії внаслідок його відносної м'якості. Перевага також надається 57 внаслідок відносної зручності його нанесення методами - плазмового напилення, газополуменевого напилення та конденсації з парової фази (РМО). У процесах «І плазмового напилення матеріал покриття має звичайно форму порошку, який розплавляється плазмою на виході з розпилювача. В результаті нанесене плазмовим напиленням ПТБ складається з послідовності розплавлених - "ляпок" і має мікроструктуру, яка характеризується розплюснутими зернами неправильної форми з певним ступенем неоднорідності та пористості. ПТБ, що використовуються на ділянках найвищої температури газотурбінних двигунів, часто наносять електронно-променевим осадженням з парової фази (ЕВРМО), яке дає « стовпчасту, стійку до напруження зернову структуру, здатну розширюватись та стискуватись без виникнення З 0 ушкоджуючих напружень, що призводять до розтріскування. Такі стовпчасті мікроструктури можуть бути с одержані з використанням інших атомних та молекулярних процесів у паровій фазі, таких як розпилювання
Із» (наприклад, при високому чи низькому тиску, зі стандартним чи колімованим факелом), іонно-плазмове осадження, та усі форми процесів нанесення з розплавленням та осадженням з парової фази (наприклад, катодна дуга, лазерне розплавлення і т.п.).
Для того, щоб ПТБ залишалося ефективним протягом запланованого життєвого циклу компонента, який воно і захищає, важливо, щоб ПТБ мало та зберігало низьку теплопровідність на протязі життя компонента, включаючи «» перевищення розрахункового температурного режиму. Однак відомо, що теплопровідність матеріалів ПТБ, таких як 57, підвищується з часом за умов робочого середовища газотурбінного двигуна. В результаті ПТБ для - компонентів газотурбінного двигуна часто наносять з більшою товщиною, ніж це було б потрібним в іншому сл 20 випадку. За іншим варіантом компоненти з внутрішнім охолодженням, такі як лопаті та сопла, повинні бути розраховані на більший потік охолоджувача. Обидва ці рішення є небажаними з причин, пов'язаних з витратами, с терміном служби та ефективністю двигуна. В результаті, як можна зрозуміти, бажані подальші удосконалення в технології ПТБ, зокрема, тому, що ПТБ використовуються для теплоізоляції компонентів, призначених для двигунів більш вибагливої конструкції. 29 Патент СІЛА Мо 5906895 на ім'я Натада еї аЇ. розкриває спосіб інгібування погіршення теплових
ГФ) властивостей ПТБ шляхом пригнічення механізму реакційного спікання, що, як стверджується, відбувається в юю ПТБ при високих температурах. У Натада еї аі. говориться про те, що до ПТБ з У57, нанесене методом плазмового напилення, вводиться високотемпературна сполука (така як карбід, нітрид чи інший високотемпературний матеріал). У відповідності до трьох методик плазмового напилення, описаних Натада еї 60 аім., високотемпературна сполука, певно, має форму ляпок, розподілених усередині ПТБ в результаті процесу плазмового напилення. Згідно з четвертою методикою, описаною Натада еї аї., плазмово-напилений ПТБ просочують газоподібними вихідними матеріалами для утворення високотемпературної сполуки, які, певно, створюють покриття зі сполуки на міхляпкових межах пористого ПТБ. Після такої обробки залишки газоподібних вихідних матеріалів природно виходять з ПТБ по тих самих проходах, по яких газ проникав до ПТБ. В кожному бо способі, як стверджується, високотемпературна сполука пригнічує реакційне спікання ПТБ з 57 за механізмом,
що не роз'яснюється.
У переуступленій на користь громадськості патентній заявці США Мо (Мо справи повіреного 130М-133221 на ім'я Кідпеу еї аІ. підвищена термостабільність ПТБ досягається шляхом інгібування росту зерен (укрупнення), спікання та перерозподілу пір за розміром (злиття чи укрупнення дрібних пір з утворенням більших за розміром пір) при перевищенні розрахункового температурного режиму. Згідно з Кідпеу еї аї., опір теплопередачі крізь
ПТБ визначається частково кількістю мікроструктурних дефектів у зернах ПТБ. Кідпеу еї а). стверджують, що такі дефекти можуть бути створені шляхом проведення індукованих складом композиції реакцій утворення дефектів та процес-індукованої пористості, причому перші включають вакансії, спричинені необхідністю 70 збереження зарядової нейтральності в іонних твердих речовинах, як у випадку У57, де заміщення оксиду цирконію (2гО5) на оксид ітрію (У2О53) у решітці створює вакансію. З іншого боку, процес-індукована пористість включає пороутворення, яке відбувається під час нанесення покриття, коли компонент повертають відносно джерела нанесення. Найпростішим прикладом є взаємодія парів з поверхнею за механізмами "схід-захід сонця", що спостерігаються при обертанні компоненту під час нанесення ПТБ з парової хмари, такого як нанесення 7/5 Методом РМО, результатом якого є текстурований ріст покриття, у якому відбувається утворення пір між стовпчиками, у стовпчиках та між вторинними гілками росту, що утворюються у стовпчиках.
Кідпеу еї аЇ. описують методику, яка дозволяє зберігти у ПТБ процес-індуковану пористість шляхом введення до мікроструктури ПТБ високодисперсних друбнокристалічних речовин. Конкретніше, Кідпеу еї аІ. стверджують, що обмежена кількість високодисперсного карбідного та/або нітридного дрібнокристалічного матеріалу, 2о утвореного на місцях дефектів, пір та міжзеренних меж мікроструктури ПТБ, дозволяє зафіксувати міжзеренні межі ПТБ та інгібувати спікання, укрупнення зерен та перерозподіл пір за розміром при перевищеннях розрахункового температурного режиму, результатом чого є стабілізація мікроструктури і, отже, теплопровідності ПТБ. Кідпеу еї аІ. стверджують, що придатні методики карбідування/нітридування включають нанесення ПТБ з використанням методу конденсації з парової фази в атмосфері, яка містить пари, гази чи сч 2г5 сполуки карбону та/або нітрогену, та/або термообробку у присутності газу, що містить карбон та/або нітроген у вигляді газів чи сполук. На відміну від Натада еї а). для фіксації міжхзеренних меж ПТБ карбідні/нітридні і) дрібнокристалічні речовини повинні знаходитись у формі дуже високодисперсних дрібнокристалічних матеріалів.
Хоч введення карбідних/нітридних дрібнокристалічних матеріалів за Кідпеу еї а. дозволяє одержати ПТБ з більш стабільними мікроструктурами, були б бажаними подальші удосконалення мікроструктури ПТБ та процесів о зо їх одержання.
Даний винахід загалом пропонує покриття для створення теплового бар'єру (ПТБ) та спосіб формування о покриття на компоненті, призначеному для використання в агресивному середовищі, такому як виготовлені з «- надміцних сплавів (суперсплавів) компоненти турбіни, камери згоряння та форсажної камери газотурбінного двигуна. Спосіб за цим винаходом, зокрема, спрямований на одержання ПТБ, що характеризується низькою -
Зв Густиною та теплопровідністю, високою температурною стабільністю та поліпшеними механічними ї- властивостями. Перваги, які забезпечує цей винахід, є особливо очевидними для ПТБ, що мають стовпчасту структуру зерен, таких як нанесені методом ЕВРМО та іншими РМО-методиками, хоч винахід можек бути застосованим також для ПТБ, нанесених такими методами, як плазмове напилення.
Винахід загалом стосується ПТБ, утворених з теплоізоляційного матеріалу, що містить оксид цирконію, « стабілізований оксидом ітрію (757), у вигляді сплаву з принаймні третім оксидом. Утворений ПТБ може також -птш) с містити елементарний карбон і може необов'язково містити карбіди та/або карбонвмісний газ, що утворюється внаслідок термічного розкладу карбону. Згідно з винаходом, ПТБ характеризується нижчими значеннями густини ;» та теплопровідності, високою температурною стабільністю та поліпшеними механічними властивостями. Для виявлення бажаного ефекту третій оксид є, зокрема, таким, що підвищує енергію деформації кристалічної решітки мікроструктури ПТБ внаслідок істотної відмінності його іонного розміру від іону цирконію (27. Не -І бажаючи обмежуватись будь-якою конкретною теорією, вважаємо, що ділянки підвищеної енергії деформації їх розсіюють коливання решітки (фонони), які роблять внесок до теплопровідності 57. Вважається, що оксиди металів, які мають величину абсолютної різниці іонного розміру по відношенню до іонів цирконію не менш, ніж - для катіону ітрію (М 37), тобто, принаймні 13 відсотків, будуть ефективно створювати достатні деформації, сл 50 пов'язані з іонним розміром. Цій вимозі задовольняють оксиди таких металів, як церій, гадоліній, неодим, лантан, диспрозій, тантал, магній, кальцій, стронцій та барій, а особливим прикладом є оксид церію (СеО»), для 62 якого абсолютна різниця іонного розміру по відношенню до іонів цирконію становить приблизно ЗО відсотків.
Однак відомо, що додавання оксиду церію до 57 має небажаний вплив на підвищення густини покриття та зниження стійкості до ерозії. В даному винаході несподівано було показано, що модифіковане оксидом церію
УЗ7-покриття, додатково модифіковане шляхом легування карбоном, зазнає зміцнення під час теплового старіння, очевидно, в результаті реакції, що відбувається між оксидом церію та елементарним карбоном, о присутнім у ПТБ. При цьому позитивним ефектом є те, що густина покриття також зменшується внаслідок іме) утворення з присутнього в композиції карбону малих та стабільних пір при достатньому ступені нагрівання покриття. 60 Інші цілі та переваги даного винаходу будуть зрозумілішими з наведеного далі детального опису.
Фігура 1 є перспективним видом лопаті турбіни високого тиску.
Фігура 2 схематично зображує поперечний розріз лопаті за Фігурою 1 вздовж лінії 2-2 і показує систему покриття для створення теплового бар'єру на лопаті за винаходом.
Фігури З та 4 є графіками, що порівнюють теплопровідності та густини, відповідно, покриттів для створення б5 теплового бар'єру, одержаних за відомим рівнем техніки та за даним винаходом.
Даний винахід загалом стосується компонентів, які зазнають дії високих температур, зокрема, компонентів,
таких як сопла та лопаті турбін високого та низького тиску, бандажі, футеровка камери згоряння та обладнання форсажної камери газотурбінних двигунів. Приклад лопаті турбіни високого тиску 10 зображений на Фігурі 1.
Лопать 10 загалом включає аеродинамічну поверхню 12, на яку спрямовані гарячі гази згоряння під час роботи газотурбінного двигуна, і яка тому зазнає дії гарячих газів згоряння, а також дії оксидації, корозії та ерозії. Аеродинамічна поверхня 12 захищена від агресивного робочого середовища системою покриття для створення теплового бар'єру (ПТБ), яка схематично зображена на Фігурі 2. Аеродинамічна поверхня 12 закріплена на диску турбіни (не зображений) за допомогою з'єднання ластівчиним хвостом, утвореним у кореневій ділянці 16 лопаті 10. У аеродинамічній поверхні 12 є канали охолодження 18, крізь які пропускають 7/0 бтравлюване повітря для відбору тепла від лопаті 10. Хоч переваги даного винаходу будуть описані з посиланням на лопать турбіни високого тиску 10, зображену на Фігурі 1, методи даного винаходу загалом можуть бути застосованими до будь-якого компонента, на якому може бути використане покриття для створення теплового бар'єру для захисту компонента від високотемпературного середовища.
Система ПТБ 20, що представлена на Фігурі 2, включає металеве сполучне покриття 24, нанесене на /5 поверхню субстрату 22, який типово є надміцним сплавом та основним матеріалом лопаті 10. В системах ПТБ, призначених для компонентів газотурбінних двигунів, сполучне покриття 24 типово є композицією з високим вмістом алюмінію, такою як зовнішнє покриття з МСгАІХ-сплаву, чи дифузійним покриттям, таким як дифузійний алюмінід чи дифузійний платиновий алюмінід типу, який відомо фахівцям. Сполучні покриття цього типу, що збагачені на алюміній, утворюють плівку оксиду алюмінію 28, яка виникає внаслідок оксидації сполучного 2о покриття 24. Плівка оксиду алюмінію утворює хімічний зв'язок між ПТБ 26, утвореним з теплоізоляційного матеріалу, і сполучним покриттям 24 та субстратом 22. ПТБ 26 на Фігурі 2 зображене як таке, що має стійку до напружень мікроструктуру стовпчастих зерен 30. Як відомо фахівцям, такі стовпчасті мікроструктури можуть бути одержані шляхом нанесення ПТБ 26 з використанням методики конденсації з парової фази, такої як ЕВРМО. Хоч значна частина наведеного далі обговорення буде зосереджена на стовпчастому ПТБ типу, представленого на с
Фігурі 2, вважається, що даний винахід може бути також застосованим до нестовпчастих ПТБ, нанесених такими способами, як плазмове напилення, включаючи напилення повітряною плазмою (АРБЗ). ПТБ цього типу має і) форму розплавлених "ляпок"», в результаті чого утворюється мікроструктура, яка характеризується розплюснутими зернами неправильної форми та певним ступенем неоднорідності та пористості.
Аналогічно ПТБ за відомим рівнем техніки ПТБ 26 за даним винаходом має бути нанесене з товщиною, о зо достатньою для забезпечення потрібного ступеню теплового захисту субстрату 22, розташованого під ним, та лопаті 10, загалом, у межах від приблизно 75 до приблизно 300 мікрометрів. В результаті процесів, якими о здійснюється нанесення ПТБ 26, окремі зерна 30 ПТБ 26 характеризуються мікроструктурними дефектами та «- порами 32 усередині зерен ЗО і між ними та на межзеренних межах. Вважається, що дефекти та пори 32 знижують теплопровідність зерен ЗО ПТБ і, отже, ПТБ 26 у цілому. ПТБ 26 за даним винаходом у результаті « зв такого складу має знижену теплопровідність. ча
Згідно з винаходом, теплоізоляційний матеріал ПТБ 26 оснований на бінарній суміші оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію (57), але сплавлений з принаймні третім оксидом металу. Теплоізоляційний матеріал краще містить від приблизно 4 до приблизно 8 масових відсотків оксиду ітрію, хоч можуть бути використані менші чи більші кількості оксиду ітрію. За одним з аспектів даного винаходу, третій оксид має « 70 величину абсолютної різниці іонного розміру по відношенню до іонів цирконію не менш, ніж для катіону ітрію - с (3), тобто, принаймні 13 відсотків, для створення достатніх деформацій, пов'язаних з розміром іонів. За ц другим аспектом даного винаходу, теплоізоляційний матеріал ПТБ 26 додатково модифіковано таким чином, "» щоб він містив елементарний карбон у формі дрібнокристалічних кластерів, з яких в результаті термічного розкладу карбону може виділятись карбонвмісний газ (наприклад, монооксид карбону (СО) та/або діоксид карбону (СО»5)). Було показано, що у поєднанні присутність кластерів елементарного карбону та третього оксиду -І металу, визначеного вище, зменшує густину та теплопровідність ПТБ на основі 57. -00211 Краще, коли оксид третього металу є оксидом церію (СеО»), який має величину абсолютної різниці е іонного розміру по відношенню до іонів цирконію приблизно 30 відсотків. Однак вважається, що можуть бути - використані інші чи додаткові оксиди, що задовольняють вимогам даного винаходу щодо іонного розміру, прикладами яких є оксид гадолінію (54203), оксид неодиму (Ма»2О3), оксид лантану (Га2О3), оксид диспрозію і-й (ругОз), оксид танталу (ТагОБ), оксид магнію (Мо90), оксид кальцію (Сад), оксид стронцію (ЗгО) та оксид барію о (Вас). Помітним винятком з вимоги щодо іонного розміру є оксид ітербію (УЬ2Оз), для якого різниця іонного розміру складає 9956, але який, певно, має достатньо високу іонну масу для забезпечення аналогічного зменшення теплопровідності при поєднанні з елементарним карбоном в У57. На основі досліджень, що обговорюються далі, вважається, що оксид церію в кількості від приблизно 10 до приблизно 20 масових відсотків по відношенню до теплоізоляційного матеріалу виявляє сприятливий ефект на збільшення енергії деформації
Ф, кристалічної решітки, внаслідок чого теплопровідність ПТБ знижується приблизно на 1095. Можна передбачити, ко що можуть використовуватись вищі рівні оксиду церію, наприклад, до приблизно тридцяти масових відсотків, хоч це пов'язано з недоліком збільшення густини ПТБ 26. Можна також передбачити, що можуть бути використані бо нижчі рівні оксиду церію, наприклад, до приблизно одного масового відсотка, але з відповідно послабленим впливом на теплопровідність. Вважається, що збільшена енергія деформації, викликана різницею в іонному розмірі, виконує роль ділянок розсіювання коливань решітки (фононів), які роблять внесок до теплопровідності
У57. Тому вважається, що оксиди металів, названі вище як такі, що створюють великі деформації внаслідок іонного розміру, також будуть ефективними, якщо вони присутні в достатній кількості. Ці оксиди наведені нижче 65 в Таблиці 1 з відповідними величинами абсолютної різниці іонного розміру по відношенню до іонів цирконію.
Я
Жов 8 й
Оксид магнію, оксид кальцію, оксид стронцію та оксид барію є оксидами лужноземельних металів, а оксид лантану, оксид церію, оксид неодиму, оксид гадолінію, оксид диспрозію та оксид ітербію є оксидами рідкісноземельних металів. Хоч оксиди лужноземельних металів та оксиди рідкісноземельних металів використовувались раніше для стабілізації оксиду цирконію, даний винахід використовує ці оксиди у поєднанні з 720 елементарним карбоном з причин, які обговорюються далі.
Вважається, що першим корисним ефектом елементарного карбону є збільшення величини пористості ПТБ 26 під час операції нанесення покриття, а потім стабілізація пористості і навіть збільшення пористості під час наступних перевищень розрахункового температурного режиму в результаті термічного розкладу карбону з утворенням карбонвмісного газу. Такий ефект є особливо важливим, якщо третій оксид є важкішим за оксид ітрію см (наприклад, оксид церію з приблизно 7,65 г/куб.см проти оксиду ітрію з приблизно 4,84 г/куб.см) і може тому (о) спричинити збільшення густини та ваги ПТБ 26.
Було знайдено, що якщо третій оксид є оксидом церію, то присутність елементарного карбону у ПТБ 26 створює додатковий корисний ефект зміцнення ПТБ 26. Зокрема, відомо, що стабілізований оксидом церію оксид о цирконію має відносно низьку стійкість до ерозії внаслідок відносної м'якості оксиду церію (наприклад, мікротвердість 1,8-2,4 ГПа порівняно з 4,4-4,6 ГПа для У57). Було показано, що нанесення та/або присутність ІФ) карбону у ПТБ 26 створює умови для протікання реакції з оксидом церію при підвищеній температурі, в - результаті якої кристалізуються карбіди та оксикарбіди (наприклад, 7гО оСу), створюючи ефект зміцнення.
Вважається, що ефект зміцнення відбувається під час нанесення ПТБ 25 при температурі відприблизно 9009 Б «ЖЕ з5 дО приблизно 10002С у відповідних умовах, або під час проведення після обробки теплового старіння в цьому їч- самому інтервалі температур. Не бажаючи обмежуватись будь-якою певною теорією, вважаємо, що реакція між карбоном та оксидом церію відбувається внаслідок того, що пароподібний оксид церію має дуже високу реакційну здатність щодо пароподібного карбону, а вони обидва існують, якщо нанесеня ПТБ 26 здійснюється методом РМО, таким як ЕВРМО. Реакційна здатність оксиду церію з карбоном є набагато вищою, ніж оксиду « цирконію з карбоном (детальніше обговорюється далі), і тому забезпечує механізм, за яким карбон може бути 2 с співнанесеним чи згодом виділятись у формі карбідів. Якщо ця теорів вірна, то один чи кілька з оксидів, названих вище як такі, що підвищують енергію деформації кристалічної решітки, також можуть реагувати з з карбоном з цієї самої причини, тим самим створюючи!" аналогічний ефект зміцнення.
Кращим способом співнанесення карбону та теплоізоляційного матеріалу ПТБ 26 є одночасне випаровування придатного джерела карбону та У57, сплавленого з оксидом церію, які можуть бути об'єднані в одному зливку -І або знаходитись в окремих зливках. Прикладом придатного джерела карбону є графіт, хоч може бути використаний також карбон у формі сполуки, такої як карбід цирконію (27С), карбід титану (ТІіС), карбід пи танталу (ТасС) та карбід молібдену (Мо2С). Вважається, що краща додаткова пористість, описана вище, є - результатом ефекту екранування, який спостерігається, коли дві нерозчинні фази наносять методом ЕВРМО.
Більш конкретно, вважається, що "первинна" пористість утворюється навколо дрібнокристалічних кластерів 1 елементарного карбону (і, можливо, кластерів карбідів, оксикарбідів і т.п., які усі є нерозчинними в У57) під о час ЕВРМО в результаті блокування доступу потоку парів оксиду цирконію в безпосередню близькість до кластерів другої фази. Було помічено, що іншим корисним ефектом співнанесення кластерів карбону (і, можливо, карбідних кластерів) методом ЕВРМО є утворення багатьох додаткових поверхонь розділу, асоційованих з субзеренними межами, можливо, внаслідок причин, пов'язаних, певно, з тим, що присутність карбону промотує нуклеацію нових субзерен та інгібує дифузійні процеси росту зерен. У результаті відбувається постійна (Ф. нуклеація нових зерен, що приводить до утворення високодисперсної субзернистої структури ПТБ з численними ко поверхнями розділу, які знижують теплопровідність крізь зерна ПТБ. Рівні відкритої пористості, що спостерігаються у ПТБ, нанесених у відповідності до даного винаходу, значно вищі, ніж для ПТБ на основі 52, бо нанесених з ідентичного джерела матеріалу 57 (мінус джерело карбону) за ідентичних умов. Якщо ПТБ на основі У57, що звичайно наносяться методом ЕВРМО, мають рівні відкритої пористості не більш, ніж приблизно 15-20 об'ємних відсотків, вважається, що даний винахід дає змогу досягти рівнів відкритої пористості порядку
ЗО об'ємних відсотків, а типові рівні відкритої пористості складають від приблизно 30 до приблизно 35 об'ємних відсотків. 65 Високодисперсна "вторинна" пористість виникає за даним винаходом у результаті протікання реакції елементарного карбону (і, можливо, карбідів) з киснем з утворенням монооксиду карбону та/або іншого карбонвмісного газу (наприклад, діоксиду карбону) під час перевищення розрахункового температурного режиму (наприклад, вище приблизно 95022). Внаслідок того, що первинна пористість оточує осаджений карбон, існує достатній об'єм, до якого виділяються карбонвмісні гази з утворенням дуже дрібних пір ("мікропір") усередині
ПТБ 26. По мірі утворення цих газів та втрати певної частини вихідної первинної пористості в результаті усадкової деформації менших за розміром пір та росту великих пір за рахунок дрібніших пір (укрупнення пір та їх перерозподіл за розміром) під час спікання, певна частина газів захоплюється у мікропорах. Вважається, що захоплені гази протидіють енергії поверхневого натягу, яка є рушійною силою усадки малих пір під час спікання. Таким чином, на додаток до зниження густини та теплопровідності ПТБ 26 додаткова дрібна пористість, 7/0 що може бути створена за даним винаходом, є термостабільною, тобто, менш сприйнятливою до усадкової деформації.
Додаткова пористість може також частково утворюватись за однією чи обома з таких реакцій: 25-30 исС2со0 2О520- 260
Ці реакції, як описано в літературі, відбуваються в інтервалі температур від приблизно 9002С до приблизно 12002С, якщо при цьому підтримується достатньо низький вакуум порядку 10 773-109 тор (приблизно 1,33Хх1077-1,33Х10 9 мбар) (оскільки рівноважний тиск монооксиду карбону дуже низький, наприклад, приблизно 107 тор при 8702С). Згідно з цією теорією, за таких умов при нанесенні методом ЕВРМО будуть утворюватись цирконій та карбід цирконію, і навколо цих частинок в результаті ефекту екранування під час процесу ЕВРО буде утворюватись первинна пористість. При наступному нагріванні буде утворюватись газоподібний монооксид карбону, приводячи до утворення нової вторинної пористості усередині ПТБ 26 та його зерен 30, а також монооксид карбону (та/або діоксид карбону чи інший карбонвмісний газ), захоплений в мікропорах, які є залишками вихідної первинної пористості (тобто, пори 32). Потенційними побічними продуктами реакцій, вказаних вище, є також карбіди (наприклад, 2гС) та оксикарбіди, які можуть сприяти стабілізації мікропористої с структури ПТБ 26 шляхом закріплення та зміцнення міжзеренних меж та пір 32 ПТБ 26. Ге)
Хоч наведене вище обговорення стосується стовпчастого ПТБ типу, зображеного на Фігурі 2, корисні ефекти винаходу можуть бути також досягнені при використанні нестовпчастих ПТБ, які наносять такими методами, як плазмове напилення. Як згадувалось раніше, нанесений плазмовим напиленням ПТБ, утворений з розплавлених "ляпок", внаслідок чого зерниста структура характеризується розплюснутими зернами неправильної форми, о оточеними неоднорідною пористістю. За даним винаходом, можна підтримувати ефективну величину пористості (ЦЗ для стабілізації мікроструктури ПТБ під час перевищення розрахункового температурного режиму шляхом співнанесення порошку 57, сплавленого з оксидом церію, та порошку елементарного карбону чи сполук на -- основі карбону. Прикладом є одночасне напилення порошків графіту та 57 або напилення порошку 57 з «І графітовим покриттям. У цьому випадку при наступній термічній обробці, достатній для часткового спікання ПТБ, 3о буде виділятись карбонвмісний газ, а частина існуючої відкритої пористості захлопується. Процес та результат в відрізняються від тих, що забезпечуються патентом США Мо 5906895 на ім'я Натада еї а!., у якому Натада еї а). описують створення нанесеного плазмовим напиленням ПТБ, яке чи то містить ляпки карбідів або іншої високотемпературної сполуки, чи то пропитується газоподібними вихідними матеріалами для утворення « карбідного покриття (чи покриття з іншої високотемпературної сполуки) на міжляпкових межах ПТБ. Жодне з цих З
ПТБ не може містити захоплений газ внаслідок відкритого характеру пір нанесеного плазмовим напиленням с ПТБ.
Із» 0038) В ході досліджень, що привели до цього винаходу, наносили ПТБ методом ЕВРМО на зразки, виготовлені з надміцного сплаву Кепе М5, на який було нанесене сполучне покриття алюмініду платини (РІАЇ).
На деякі зразки наносили покриття шляхом випаровування зливка 795757 (оксид цирконію, стабілізований приблизно 7 95 мас. оксиду ітрію) для нанесення звичайного ПТБ 7956757. На інші зразки покриття наносили 7 шляхом випаровування зливка 795757, сплавленого з приблизно 16 масовими процентами оксиду церію «г» (796 ЗАтоксід церію). Зрештою, на ще кілька зразків покриття наносили шляхом співвипаровування окремих зливків графіту та 795757 чи матеріалу 79652 оксид церію (одержані з них матеріали позначені далі як - тис та 79552 С оксід церію, відповідно). Графітові зливки включали вольфрамовий ковпачок, який під сл 20 час ЕВРМО утворює розплавлену поверхневу лунку, крізь яку випаровується карбон, згідно з патентом США Мо 5296274 на ім'я Моуспнап еї а). Аналогічно до процесів ЕВРМУО за відомим рівнем техніки зразки завантажують до с камери для нанесення покриття таким чином, щоб вони утримувались над зливком (зливками), і камери відкачують до одержання неповного вакуума від приблизно 4,7хХ10 7 до приблизно 8,8х107 тор (від приблизно 6,3х1077 до приблизно 8,8х107 мбар). Потім зразки нагрівають до температури в інтервалі приблизно 900-10002С, а потім наносять покриття при обертанні зі швидкістю приблизно 25 об/хв. Зливки 7956757 та (Ф, ту 52 оксид церію випаровують за допомогою електронно-променевих пушок, які працюють на рівні ка потужності 19,5 кВт. При співвипаровуванні графіту використовували другу електронно-променеву пушку, яка працювала на рівні потужності приблизно 23 кВт для створення окремого електронного пучка, спрямованого на во графітовий зливок. ПТБ наносили таким чином, щоб вони мали товщину порядку 150 мікрометрів. Покриття 79657 та 795652 оксид церію містили приблизно 16 масових відсотків оксиду церію, тоді як кожне з покриттів, одержане зі співвипаровуванням графіту (796752 та 796752 оксид церію), містило дисперсію карбону (твердий графіт) і, можливо, карбід цирконію, що накопичувались навколо дефектів, пір та субзерен (поверхні розділу усередині зерен) мікроструктури У57 під час росту окремих зерен. Після нанесення покриття усі зразки 65 піддавали старінню на повітрі при приблизно 12002С протягом приблизно двох годин.
Теплопровідності та густини для усіх зразків зведені на графіках на Фігурах З та 4, де зазначені інтервал розподілу, стандартні відхили та середні значення. Теплопровідності для базового зразка 795757, зразків тоб 52 оксид церію, 796752 та 796752 оксид церію були виміряні при приблизно 8902 і наведені в
Таблиці І нижче. Величини "бо різниці" визначались на основі середніх значень теплопровідності зразків
ТУстоксид Церію, 796524 та 796524 оксид церію по відношенню до базових зразків 79557. ту 0000121 о Тева окидерютяв 0100010
Результати цих дослідів є вагомим свідченням на користь впливу домішок карбону та оксиду церію, узятих /5 кремо та разом, на пористість та теплопровідність ПТБ на основі 57, а також впливу карбону на 57, що сплавлено з оксидом церію. Знижена теплопровідність зразків, які містять елементарний карбон, була віднесена на рахунок збільшення пористості, що спостерігалась як у щойно нанесеному стані, так і додаткової пористості, що виникала після старіння при 1200 С. Знижену теплопровідність зразків, що містять оксид церію, було пояснено збільшенням енергії деформації кристалічної решітки, пов'язаним з тим, що оксид церію має іонний го розмір приблизно на ЗО відсотків менший, ніж у іонів цирконію (217, що спричиняє збільшення енергії деформації кристалічної решітки зерен ПТБ Несподівано, комбінація карбону та оксиду церію приводила до найбільшого зниження густини від середнього значення приблизно 4,73 г/см З для 795757 до 4,34 г/см для турУзИнС.
Зрештою, виміри мікротвердості до та після стадії старіння показали, що зразки 795757 мали твердість сі приблизно 6 ГПа до та після старіння, а зразки 796757 оксид церію мали твердість приблизно 4 ГПа до та після о старіння. На відміну від них для зразків 795752 оксид церію твердість зростала від приблизно 2,8-3 ГПа до приблизно 5,8-6 ГПа, що свідчить про проходження реакції, яка супроводжується значним підвищенням твердості зразків 79652 оксид Церію. Такі результати вказують на те, що третинна система карбідів та оксикарбідів утворюється завдяки способу співнанесення карбону та 57, сплавленого з оксидом церію, а не ав) просто використанню суміші карбону, оксиду церію та 57. У будь-якому випадку, одержаний матеріал виявляє твердість, порівняну з твердістю 57, що вказує на те, що можна очікувати еквівалентну стійкість до ерозії. о
Такі поліпшені механічні властивості у поєднанні з теплопровідністю, яка приблизно на 2595 нижче, ніж у 757, ч: свідчать про одержання теплоізоляційного матеріалу, придатного для використання як ПТБ в агресивному середовищі у газотурбінних двигунах. З
Хоч даний винахід описано з погляду кращого варіанта втілення, зрозуміло, що фахівець у цій галузі зможе їч- адаптувати його для використання в інших формах. Наприклад, замість нанесення ПТБ методом ЕВРМО можуть бути використані інші процеси нанесення атомного чи молекулярного пару, такі як розпилення, нанесення іонної плазми та всі форми нанесення з використанням розплавлення та випаровування. Згідно з цим, обсяг винаходу « має обмежуватись лише наведеною далі формулою винаходу. - с
Claims (26)
1. Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра (26) на поверхні компонента (10), який Включає стадію формування покриття для створення теплового бар'єра (26) теплоізоляційного матеріалу, що -І складається з оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, який відрізняється тим, що оксид цирконію, стабілізований оксидом ітрію, сплавляють з принаймні третім оксидом, який має абсолютну різницю іонного шк розміру по відношенню до іонів цирконію не менше, ніж принаймні 1395, причому третій оксид входить до - теплоізоляційного матеріалу в кількості, достатній для збільшення енергії деформації кристалічної решітки Зерен покриття для створення теплового бар'єра (26), а покриття для створення теплового бар'єра (26) і-й формують таким чином, що воно також містить елементарний карбон, карбіди, оксикарбіди та/або о карбоновмісний газ.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що третій оксид вибирають з групи, що складається з оксиду церію, оксиду магнію, оксиду кальцію, оксиду стронцію, оксиду барію, оксиду лантану, оксиду неодиму, оксиду гадолінію, оксиду диспрозію, оксиду ітербію та оксиду танталу.
З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що теплоізоляційний матеріал сплавляють таким чином, що він Ф, містить додатковий оксид, вибраний з групи, що складається з оксиду церію, оксиду магнію, оксиду кальцію, ко оксиду стронцію, оксиду барію, оксиду лантану, оксиду неодиму, оксиду гадолінію, оксиду диспрозію, оксиду ітербію та оксиду танталу. во
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що третій оксид є оксидом церію.
5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що теплоізоляційний матеріал містить від приблизно 10 до приблизно 20 масових 95 оксиду церію, а решта складається, по суті, з оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію в кількості від приблизно 4 до приблизно 8 масових 95.
б. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що елементарний карбон, карбіди, оксикарбіди та/або б5 карбоновмісний газ знаходяться в порах (32), які розташовані в зернах і на міжзеренних межах теплоіїзоляційного матеріалу та поміж ними, причому елементарний карбон, карбіди, оксикарбіди та/або карбоновмісний газ входять до покриття для створення теплового бар'єра (26) в кількості, достатній для термостабілізації мікроструктури теплоізоляційного матеріалу.
7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стадія створення включає випаровування принаймні одного матеріалу джерела, що містить карбон, карбоновмісну сполуку та/або теплоізоляційний матеріал.
8. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що стадія створення включає нанесення покриття для створення теплового бар'єра (26) за методом електронно-променевого нанесення конденсацією з парової фази, під час якого відбувається випаровування зливка теплоізоляційного матеріалу та другого зливка карбоновмісного чи карбідовмісного матеріалу. 70
9. Спосіб за п.8, який відрізняється тим, що другий зливок включає графіт.
10. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що під час стадії формування відбувається реакція між третім оксидом та елементарним карбоном з утворенням карбідів та оксикарбідів, яка підвищує твердість ПТБ (26).
11. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що додатково включає стадію нагрівання покриття для створення теплового бар'єра (26) шляхом викликання реакції між третім оксидом та елементарним карбоном, яка підвищує /5 твердість покриття теплового бар'єра (ПТБ) (26).
12. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що карбоновмісний газ є щонайменше одним газом, вибраним з групи, що складається з монооксиду карбону та діоксиду карбону.
13. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що принаймні деякі з пор (32) містять елементарний карбон.
14. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що принаймні деякі з пор (32) захоплюють карбоновмісний газ.
15. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що мікроструктура покриття для створення теплового бар'єра (26) складається зі стовпчастих зерен (30), так що мікроструктура є стовпчастою, або сплощених зерен (30), так що мікроструктура є нестовпчастою та неоднорідною.
16. Покриття для створення теплового бар'єра (26) на поверхні компонента (10), яке включає теплоізоляційний матеріал з оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, який відрізняється тим, що оксид сч ов цирконію, стабілізований оксидом ітрію, сплавляють з принаймні третім оксидом, який має абсолютну різницю іонного розміру по відношенню до іонів цирконію не менше, ніж принаймні 1395, причому третій оксид входить до і) теплоізоляційного матеріалу в кількості, достатній для збільшення енергії деформації кристалічної решітки зерен покриття для створення теплового бар'єра (26), і покриття для створення теплового бар'єра (26) містить елементарний карбон, карбіди, оксикарбіди та/або карбоновмісний газ. о зо
17. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.1б, яке відрізняється тим, що третій оксид вибирають з групи, яка складається з оксиду церію, оксиду магнію, оксиду кальцію, оксиду стронцію, оксиду юю барію, оксиду лантану, оксиду неодиму, оксиду гадолінію, оксиду диспрозію, оксиду ітербію та оксиду танталу. «-
18. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.17, яке відрізняється тим, що теплоізоляційний матеріал сплавляють з додатковим оксидом, вибраним з групи, що складається з оксиду церію, оксиду магнію, - з5 оксиду кальцію, оксиду стронцію, оксиду барію, оксиду лантану, оксиду неодиму, оксиду гадолінію, оксиду р. диспрозію, оксиду ітербію та оксиду танталу.
19. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.1б, яке відрізняється тим, що третій оксид є оксидом церію.
20. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.19, яке відрізняється тим, що теплоізоляційний « матеріал містить від приблизно 10 до приблизно 20 масових 9о оксиду церію, а решта складається, по суті, 3 пла) с оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію в кількості від приблизно 4 до приблизно 8 масових 905.
21. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.16, яке відрізняється тим, що елементарний карбон, ;» карбіди, оксикарбіди та/"або карбоновмісний газ знаходяться в порах (32), які розташовані в зернах і на та поміж міжзеренних меж теплоізоляційного матеріалу.
22. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.21, яке відрізняється тим, що принаймні деякі з пор -І (32) містять елементарний карбон.
23. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.21, яке відрізняється тим, що принаймні деякими з ве пор (32) захопено карбоновмісний газ. -
24. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.23, яке відрізняється тим, що карбоновмісний газ є принаймні одним газом, вибраним з групи, що складається з монооксиду карбону та діоксиду карбону. о
25. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.21, яке відрізняється тим, що принаймні деякі пори о (32) містять елементарний карбон, принаймні деякі пори (32) містять карбіди чи оксикарбіди, і принаймні деякі пори (32) містять захоплений карбоновмісний газ.
26. Покриття для створення теплового бар'єра (26) за п.1б, яке відрізняється тим, що мікроструктура в покриття для створення теплового бар'єра (26) складається зі стовпчастих зерен (30), так що мікроструктура є о стовпчастою або зі сплощених зерен (30), так що мікроструктура є нестовпчастою та неоднорідною. іме) 60 б5
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002010241A UA74150C2 (uk) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра |
| US10/064,785 US6808799B2 (en) | 2002-01-09 | 2002-08-16 | Thermal barrier coating on a surface |
| EP20020258861 EP1327704B1 (en) | 2002-01-09 | 2002-12-23 | Thermal barrier coating and process therefor |
| DE60227338T DE60227338D1 (de) | 2002-01-09 | 2002-12-23 | Thermische Schutztschicht und Verfahren zur deren Herstellung |
| US10/710,112 US7087266B2 (en) | 2002-01-09 | 2004-06-18 | Thermal barrier coating and process therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002010241A UA74150C2 (uk) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA74150C2 true UA74150C2 (uk) | 2005-11-15 |
Family
ID=34421055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2002010241A UA74150C2 (uk) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6808799B2 (uk) |
| EP (1) | EP1327704B1 (uk) |
| DE (1) | DE60227338D1 (uk) |
| UA (1) | UA74150C2 (uk) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998172B2 (en) * | 2002-01-09 | 2006-02-14 | General Electric Company | Thermally-stabilized thermal barrier coating |
| US7060365B2 (en) * | 2002-05-30 | 2006-06-13 | General Electric Company | Thermal barrier coating material |
| US20050202168A1 (en) * | 2002-08-16 | 2005-09-15 | General Electric Company | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor |
| US7393416B2 (en) * | 2002-08-27 | 2008-07-01 | General Electric Company | Vapor deposition process and apparatus therefor |
| US7455890B2 (en) * | 2003-08-05 | 2008-11-25 | General Electric Company | Ion implantation of turbine engine rotor component |
| US20050036891A1 (en) * | 2003-08-14 | 2005-02-17 | General Electric Company | Thermal barrier coating for reduced sintering and increased impact resistance, and process of making same |
| US6982126B2 (en) * | 2003-11-26 | 2006-01-03 | General Electric Company | Thermal barrier coating |
| US20050129849A1 (en) * | 2003-12-12 | 2005-06-16 | General Electric Company | Article protected by a thermal barrier coating having a cerium oxide-enriched surface produced by precursor infiltration |
| US7824744B2 (en) * | 2003-12-16 | 2010-11-02 | General Electric Company | Process and apparatus for depositing a ceramic coating |
| US6960395B2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-11-01 | General Electric Company | Ceramic compositions useful for thermal barrier coatings having reduced thermal conductivity |
| US7364802B2 (en) * | 2003-12-30 | 2008-04-29 | General Electric Company | Ceramic compositions useful in thermal barrier coatings having reduced thermal conductivity |
| EP1564537A1 (de) * | 2004-02-17 | 2005-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Zerstörungfreie Überwachung mikrostruktureller Veränderungen eines Bauteils ( Schichtsystem, Turbinenschaufeln, Brennkammerauskleidung ) |
| US20050208337A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-22 | Ulion Nicholas E | Reduced thermal conductivity TBC by EB-PVD process to incorporate porosity |
| US20050118334A1 (en) * | 2004-09-03 | 2005-06-02 | General Electric Company | Process for inhibiting srz formation and coating system therefor |
| US7264888B2 (en) | 2004-10-29 | 2007-09-04 | General Electric Company | Coating systems containing gamma-prime nickel aluminide coating |
| US7326441B2 (en) | 2004-10-29 | 2008-02-05 | General Electric Company | Coating systems containing beta phase and gamma-prime phase nickel aluminide |
| US20060275553A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Electrically conductive thermal barrier coatings capable for use in electrode discharge machining |
| US20080166489A1 (en) * | 2005-08-04 | 2008-07-10 | United Technologies Corporation | Method for microstructure control of ceramic thermal spray coating |
| US8603930B2 (en) | 2005-10-07 | 2013-12-10 | Sulzer Metco (Us), Inc. | High-purity fused and crushed zirconia alloy powder and method of producing same |
| DE102005048323A1 (de) * | 2005-10-08 | 2007-04-12 | Mtu Aero Engines Gmbh | Wärmedämmschicht |
| US7736759B2 (en) | 2006-01-20 | 2010-06-15 | United Technologies Corporation | Yttria-stabilized zirconia coating with a molten silicate resistant outer layer |
| US7785722B2 (en) | 2006-01-20 | 2010-08-31 | United Technologies Corporation | CMAS resistant thermal barrier coating |
| US20080026160A1 (en) * | 2006-05-26 | 2008-01-31 | Thomas Alan Taylor | Blade tip coating processes |
| US8728967B2 (en) * | 2006-05-26 | 2014-05-20 | Praxair S.T. Technology, Inc. | High purity powders |
| US7875370B2 (en) * | 2006-08-18 | 2011-01-25 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating with a plasma spray top layer |
| US20090239061A1 (en) * | 2006-11-08 | 2009-09-24 | General Electric Corporation | Ceramic corrosion resistant coating for oxidation resistance |
| US7993704B2 (en) * | 2007-12-05 | 2011-08-09 | Honeywell International Inc. | Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same |
| US8192850B2 (en) * | 2008-08-20 | 2012-06-05 | Siemens Energy, Inc. | Combustion turbine component having bond coating and associated methods |
| EP2339119A1 (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Thermal barrier coating having low thermal conductivity |
| US9677180B2 (en) | 2010-12-30 | 2017-06-13 | Rolls-Royce Corporation | Engine hot section component and method for making the same |
| US9945036B2 (en) | 2011-03-22 | 2018-04-17 | General Electric Company | Hot corrosion-resistant coatings and components protected therewith |
| EP2776380B1 (en) | 2011-11-10 | 2015-09-16 | Alstom Technology Ltd | High temperature thermal barrier coating |
| US9347126B2 (en) | 2012-01-20 | 2016-05-24 | General Electric Company | Process of fabricating thermal barrier coatings |
| US9683448B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-06-20 | Honeywell International Inc. | Low conductivity thermal barrier coating |
| RU2556248C1 (ru) * | 2013-12-20 | 2015-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Материал керамического слоя теплозащитного покрытия |
| US11479846B2 (en) | 2014-01-07 | 2022-10-25 | Honeywell International Inc. | Thermal barrier coatings for turbine engine components |
| US9425390B2 (en) | 2014-10-16 | 2016-08-23 | Micron Technology, Inc. | Select device for memory cell applications |
| US20190162076A1 (en) * | 2016-04-12 | 2019-05-30 | Siemens Aktienesellschaft | Management of heat conduction using phononic regions having non-metallic nanostructures |
| US20190153893A1 (en) * | 2016-04-12 | 2019-05-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Management of heat conduction using phononic regions having doped nanostructures |
| US20170306451A1 (en) | 2016-04-26 | 2017-10-26 | General Electric Company | Three phase bond coat coating system for superalloys |
| US11761341B2 (en) | 2021-07-27 | 2023-09-19 | Honeywell International Inc. | Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4599270A (en) | 1984-05-02 | 1986-07-08 | The Perkin-Elmer Corporation | Zirconium oxide powder containing cerium oxide and yttrium oxide |
| US4880614A (en) * | 1988-11-03 | 1989-11-14 | Allied-Signal Inc. | Ceramic thermal barrier coating with alumina interlayer |
| US5296274A (en) * | 1989-05-10 | 1994-03-22 | Movchan Boris A | Method of producing carbon-containing materials by electron beam vacuum evaporation of graphite and subsequent condensation |
| US5418003A (en) * | 1993-09-10 | 1995-05-23 | General Electric Company | Vapor deposition of ceramic materials |
| US5683825A (en) * | 1996-01-02 | 1997-11-04 | General Electric Company | Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter |
| GB9617267D0 (en) * | 1996-08-16 | 1996-09-25 | Rolls Royce Plc | A metallic article having a thermal barrier coating and a method of application thereof |
| JPH1088368A (ja) * | 1996-09-19 | 1998-04-07 | Toshiba Corp | 遮熱コーティング部材およびその作製方法 |
| US5780178A (en) * | 1996-10-31 | 1998-07-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Scandia, yttria-stabilized zirconia for ultra-high temperature thermal barrier coatings |
| SG71151A1 (en) * | 1997-09-17 | 2000-03-21 | Gen Electric | Bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor |
| US6007880A (en) * | 1998-07-17 | 1999-12-28 | United Technologies Corporation | Method for generating a ceramic coating |
| FR2784120B1 (fr) * | 1998-10-02 | 2000-11-03 | Snecma | Revetement de barriere thermique a faible conductivite thermique, piece metallique protegee par ce revetement, procede de depot de ce revetement |
| JP2000327417A (ja) * | 1999-05-25 | 2000-11-28 | Tosoh Corp | 蒸着材 |
| AU1959501A (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-25 | Penn State Research Foundation, The | Thermal barrier coatings and electron-beam, physical vapor deposition for makingsame |
| US6492038B1 (en) * | 2000-11-27 | 2002-12-10 | General Electric Company | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor |
| US6586115B2 (en) * | 2001-04-12 | 2003-07-01 | General Electric Company | Yttria-stabilized zirconia with reduced thermal conductivity |
-
2002
- 2002-01-09 UA UA2002010241A patent/UA74150C2/uk unknown
- 2002-08-16 US US10/064,785 patent/US6808799B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-23 DE DE60227338T patent/DE60227338D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-23 EP EP20020258861 patent/EP1327704B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-06-18 US US10/710,112 patent/US7087266B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1327704A1 (en) | 2003-07-16 |
| US20030129316A1 (en) | 2003-07-10 |
| US7087266B2 (en) | 2006-08-08 |
| EP1327704B1 (en) | 2008-07-02 |
| DE60227338D1 (de) | 2008-08-14 |
| US6808799B2 (en) | 2004-10-26 |
| US20050064104A1 (en) | 2005-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA74150C2 (uk) | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра та покриття для створення теплового бар'єра | |
| Ma et al. | The thermal cycling behavior of Lanthanum–Cerium Oxide thermal barrier coating prepared by EB–PVD | |
| Unal et al. | Microstructures of Y2O3‐stabilized ZrO2 electron beam‐physical vapor deposition coatings on Ni‐base superalloys | |
| JP3081611B2 (ja) | セラミックコーティングを有する金属製の基体を含む金属製部材及び金属製の基体に断熱性を与えるための方法 | |
| Gadow et al. | Lanthanum hexaaluminate—novel thermal barrier coatings for gas turbine applications—materials and process development | |
| US6057047A (en) | Ceramic coatings containing layered porosity | |
| US8100083B2 (en) | Process and apparatus for depositing a ceramic coating | |
| US6365236B1 (en) | Method for producing ceramic coatings containing layered porosity | |
| US6492038B1 (en) | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor | |
| Schulz et al. | Two-source jumping beam evaporation for advanced EB-PVD TBC systems | |
| US6251504B1 (en) | Ceramic heat barrier coating having low thermal conductivity, and process for the deposition of said coating | |
| EP1505042A2 (fr) | Composition de barrière thermique, pièce mécanique en superalliage munie d'un revêtement ayant une telle composition, revêtement de céramique, et procédé de fabrication du revêtement | |
| JP4023964B2 (ja) | 熱伝導率が小さい断熱被膜、断熱被膜により保護される金属部品、および断熱被膜の堆積方法 | |
| EP1327698B1 (en) | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor | |
| UA78487C2 (uk) | Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення | |
| Wolfe et al. | Multilayered thermal barrier coating architectures for high temperature applications | |
| US20050202168A1 (en) | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor | |
| Majeed et al. | Review of ceramic materials that used as a thermal barrier in diesel engine pistons | |
| JP2005273017A (ja) | 断熱被覆の熱伝導率低減方法、断熱被覆および断熱被覆部品 | |
| UA74149C2 (uk) | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра (варіанти) та покриття для створення теплового бар'єра | |
| Otsuka et al. | Formation of an Environmental Barrier Coating Using DC–RF Hybrid Plasma |