Современная электрометаллургия, 2015, №01



2015 №01 (05)

DOI of Article 10.15407/sem2015.01.06

2015 №01 (07)

---

Современная электрометаллургия, 2015, #1, 31-43 pages  

ТЕРМИЧЕСКАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА МОНОКРИСТАЛЬНОЙ ЛОПАТКЕ ПОСЛЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОРЦА ПЕРА НАПЛАВКОЙ TIG

А. Ф. Белявин, В. В. Куренкова, Д. А. Федотов

ООО «Патон Турбайн Технолоджис». 03028, г. Киев, ул. Ракетная, 26. E-mail: vkurenkova@patontt.com
 
 
Abstract
Оценивали циклическую долговечность теплозащитного покрытия ZrO₂-Y₂O₃ на кобальтовом сплаве PWA 795, применяемом в качестве наплавляемого материала при восстановлении поврежденного торца пера рабочей лопатки наземной ГТД, изготовленной из монокристального сплава CMSX-4. Установлено, что после 300 термоциклов печных циклических испытаний теплозащитное покрытие, нанесенное на материал наплавки, имеет больший запас долговечности, чем покрытие на базовом сплаве. При длительном высокотемпературном воздействии происходит изменение химического состава связующего покрытия NiCoCrAlY в сторону CoNiCrAlY, что вносит положительный эффект в повышение структурной стабильности системы, замедляя таким образом процесс высокотемпературного окисления и деградации теплозащитных покрытий, а скорость роста TGO снижается на 30 % по сравнению с базовым сплавом. Подтверждено положительное влияние микролегирования активным компонентом (гафнием) наплавляемого сплава на улучшение адгезионной прочности TGO и связующего слоя. Библиогр. 20, табл. 2, ил. 12.
 
 
Keywords: монокристальный сплав; наплавка; теплозащитное покрытие; TGO; зона обезлегирования; микролегирование; подавление волнистости; модифицирование; зернограничное упрочнение
 
 
Received:                20.01.15
Published:               24.03.14
 
 
References 1. Shukin, S., Annerfeldt, M., Bjorkman, M. (2008) Siemens SGT-800 industrial gas turbine enhanced to 47MW. Design modifications and operating experience. In: Proc. of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air GT2008, Germany, 1–6.
2. Fact sheet: SGT5-8000H gas turbine/www.siemens.com/press/energy/innovationaward.
3. Belyavin, A.F., Kurenkova, V.V., Fedotov, D.A. (2014) Life of surfaced repair welds on nickel heat-resistant alloy CMSX-4 under conditions of cyclic oxidation. Avtomatich. Svarka, 2, 13–25.
4. Stiger, M.J., Yanar, N.M., Pettit, F.S., Meier, G.H. (1999) Mechanisms for the failure of electron beam physical vapor deposited thermal barrier coatings induced by high temperature oxidation, in elevated temperature coatings: Science and technology. The Minerals & Materials Society, 9, 51–65.
5. Evans, A.G., Mumm, D.R., Hutchinson, J.W. et al. (2001) Mechanics controlling the durability of thermal barrier coatings. Progress in Materials Science, 46 (5), 505–553. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(00)00020-7
6. Evans, H.E., Strawbridge, A., Carolan, R.A., Ponton, C.B. (1997) Creep effects on the spallation of an alumina layer from a NiCoCrAlY coating. Materials Science and Engineering, A225, 1–8.
7. Evans, A., Wang, J., Mum, D. (1997) Mechanism-based life prediction issues for thermal barrier coatings. Thermal barrier coating workshop, NASA/CP-1998-207429, 45–52.
8. Shalin, R.E., Svetlov, I.L., Kachanov, E.B. et al. (1997) Single crystals of nickel heat-resistant alloys. Moscow, Mashinostroenie.
9. Achar, D., Munoz-Arroyo, R., Singheiser, L., Quadakkers, W.J. (2004) Modelling of phase equilibria in MCrAlY coating systems. Surface and Coatings Technology, 187, Is. 2, 3, 272–283.
10. (2009) Influence of composition and processing on the oxidation behavior of MCrAlY-coatings for TBC applications. Juan Toscano Schriften des Forschungszentrums JьlichReihe Energie & Umwelt. Energy & Environment Band, 28.
11. Bestor, M.A. (2010) Investigation of the effect of hafnium and chromium addition on the microstructures and short-term oxidation properties ofI DC: magnetron sputtered ?-NiAl bond coats deposited on Ni-based supperalloys: Dis.
12. Hazel, B.T., O'hara, K.S. (2010) Super oxidation and cyclic damage resistant nickel-base superalloy and articles formed therefrom. Pat. EP 2483432 A1.
13. Song, P. (2011) Influence of material and testing parameters on the lifetime of TBC systems with MCrAlY and NiPtAl bondcoats: Dis.
14. Fritscher, K., Schulz, U., Leyens, C. (2007) Lifetime-determining spalling mechanisms of NiCoCrAlRE/EB-PVD zirconia TBC systems. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 38, Issue 9, 734–746. https://doi.org/10.1002/mawe.200700194
15. Liu, J. (2007) Mechanisms of lifetime improvement in thermal barrier coatings with hafnium and/or yttrium modification of CMSX-4 superalloy substrates: Dis.
16. Hazel, B., Rigney, J., Gorman, M. et al. (2008) Development of improved bond coat for enhanced turbine durability. Supperalloys TMS, 753–760. https://doi.org/10.7449/2008/Superalloys_2008_753_760
17. Gell, M., Jordan, E., Vaidyanathan, K. et al. (1999) Bond strength, bond stress and spallation mechanics of thermal barrier coatings. Surfuce and Coating Technology, 120–121, 53–60. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00338-2
18. MacLinn, M. (1981) Mechanical properties of heat-resistant alloys and eutectics of directed crystallization. Heat-resistant alloys for gas turbines. Moscow, Metallurgiya, 212–236.
19. Liu, J. (2002) Effects of bond coat surface preparation thermal cycling lifetime and failure characteristic of thermal barrier coatings: Dis.
20. Karlsson, A.M., Evans, A.G. (2001) A numerical model for the cyclic instability of thermally grown oxides in thermal barrier system. Acta Mater, 49, 1793–1804. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00073-8