Eng
Ukr
Rus
Печать
2014 №04 (03) 2014 №04 (05)

Современная электрометаллургия 2014 #04
SEM, 2014, #4, 25-31 pages

 
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ТЕРМОБАРЬЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
 
Journal                    Современная электрометаллургия
Publisher                 International Association «Welding»
ISSN                       2415-8445 (print)
Issue                       № 4, 2014 (November)
Pages                      25-31
 
 
Authors
К. Ю. Яковчук
Государственное предприятие «Международный центр электронно-лучевых технологий ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины».
03150, г. Киев-150, ул. Горького, 68. E-mail: jakovchuk@paton.icebt.kiev.ua
 
 
Abstract
Проанализированы существующие способы снижения теплопроводности слоя ZrO2-Y2O3 современных термобарьерных покрытий. Приведены результаты исследований теплопроводности некоторых вариантов внешнего керамического слоя ZrO2-8 мас. % Y2O3 толщиной 190 мкм, полученных способом электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме при различных значениях температуры подложки, включая градиентный слой ZrO2-8 мас.%Y2O3+ Gd2O3 толщиной 150 мкм, в интервале температуры измерений 20...1000 °С. Представлены результаты исследований структуры и свойств (микротвердости и термоциклической долговечности) градиентных термобарьерных покрытий на образцах из жаропрочного сплава ЖС32ВИ и CMSX-4, содержащих металлический жаростойкий слой NiCoCrAlY или NiAl, а также внешний керамический слой ZrO2-Y2O3, осажденный при различных технологических параметрах. Показано, что перспективными направлениями для снижения теплопроводности внешнего керамического слоя до уровня 0,9...1,1 Вт/мрК без существенного снижения (не более 10 %) их термоциклической долговечности является осаждение керамического слоя с градиентной микроструктурой путем введения в его состав редкоземельных оксидов, а также постепенное снижение температуры подложки (защищаемой детали) в процессе нанесения покрытия. Библиогр. 22, ил. 7.
 
 
Keywords: конденсационные покрытия; внешний керамический слой; теплопроводность слоя; диоксид циркония; жаропрочные сплавы; термоциклическая долговечность; конденсационные покрытия; градиентные термобарьерные покрытия
 
 
Received:                03.11.14
Published:               10.11.14
 
 
References
1. Мовчан Б. А., Малашенко И. С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. - Киев: Наук. думка, 1983. - 232 с.
2. Miller R. A. Thermal barrier coatings for aircraft engines: History and Directions // J. of thermal spray technology. - 1997. - № 6. - Р. 36-42.
3. Levi C. G. Emerging materials and processes for thermal barrier systems // Solid state and materials science. - 2004. - № 38. - P. 77-91.
4. Clarke D. R., Oechsner M., Padture N. Thermal barrier coatings for more efficient gas-turbine engines // MRS Bulletin. - 2012. - 37, №10. - P. 891-898.
5. Каблов Е. Н., Мубояджан С. А. Жаростойкие и теплозащитные покрытия для лопаток турбин перспективных ГТД // Авиационные материалы и технологии: Юбилейн. науч.-техн. сб. - М.: Наука, 2012. - С. 60-70.
6. Schulz U., Fritscher K., Ebach-Stahl A. Cyclic behaviour of EB-PVD thermal barrier coating systems with modified bond coats // Surface and Coatings Technology. - 2008. - 203. - P. 449-455.
7. Methods to reduce the thermal conductivity of EB-PVD TBCs/ J. R. Nichols, K. J. Lawson, A. Johnstone, D.S.Rickerby // Ibid. - 2002. - 151Д152. - P. 383-391.
8. Morphology and thermal conductivity of yttria-stabilized zirconia coatings / H. Zhao, F. Yu, T. D. Bennett, H.N.G. Wadley // Acta mater. - 2006. - №54. - P.5195-5207.
9. Altun O., Boke Y. E. Effect of the microstructure of EB-PVD thermal barrier coatings on the thermal conductivity and the methods to reduce the thermal conductivity // Archives of materials science and engineering. -Е 2009. - 40, is.1. - P. 47-52.
10. Hass D. D., Slifka A. J., Wadley H. N. G. Low thermal conductivity vapor deposited zirconia, microstructures // Acta mater. - 2001. - № 49. - P. 973-983.
11. Thermal conductivity of zirconia coatings with Zig-Zag pore microstructures / S. Gu., T. G. Lu, D. D. Hass, H.N.G.Wadley// Ibid. - 2001. - № 49. - P. 2539-2547.
12. Schulz U., Terry S.G., Levi C.G. Microstructure and texture of EB-PVD TBCs grown under different rotation modes// Materials science and engineering: A. - 2003. - 360, is. 1-2. - P. 319-329.
13. Environmental degradation of thermal barrier coatings by molten deposits / C. G. Levi, J. W. Hutchinson, M.H.Vidal-Setif, C. A. Johnson // MRS Bulletin. - 2012. - 37, № 10. - P. 932-941.
14. Thermal shock behaviour of toughened gadolinium zirconate/YSZ double-layered thermal barrier coating / Xinghua Zhong, Huayu Zhao, Xiaming Zhou et al. // J. of alloy and compounds. -Е 2014. - № 593. - P. 50-55.
15. Яковчук К. Ю., Рудой Ю. Э. Одностадийная электронно-лучевая технология осаждения термобарьерных градиентных покрытий // Современ. электрометаллургия. - 2003. - № 2. - С. 10-16.
16. Мовчан Б. А., Яковчук К. Ю. Электронно-лучевые установки для испарения и осаждения неорганических материалов и покрытий // Там же. - 2004. - № 2. - С.10-15.
17. Ratzer-Scheibe H.-J., SchulzU., Krell T. The effect of coating thickness on the thermal conductivity of EB-PVD PYSZ thermal barrier coatings // Surface and Coatings Technology. - 2006. - № 200. - P. 5636-5644.
18. Мовчан Б. А., Демчишин А. В. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, оксида алюминия и диоксида циркония // Физика металлов и металловедение. - 1969. - 28, №4. - С. 653-660.
19. Schulz U., Fritscher K., Leyens C. Two-source jumping beam evaporation for advanced EB-PVD TBC systems // Surface and Coatings Technology. - 2000. - № 133, 134. - P.40-48.
20. Processing science of advanced thermal barrier systems / S.Sanpath, U. Schulz, M. O. Jarligo, S. Kuroda // MRS Bulletinr. - 2012. - 37, № 10. - P. 903-910.
21. Low thermal conductivity oxides / W. Pan, S. R. Phillpot, C.Wan, A. Chernatinskiy // Ibid. -Е 2012. - 37, №10. - P. 917-922.
22. Movchan B. A., Yakovchuk K. Yu. Advanced graded protective coatings, deposited by EB-PVD // Materials Science Forum. - 2007. - № 546-549. - P. 1681-1688.
>