Сучасна електрометалургія, 2016, №04



2016 №04 (05)

DOI of Article 10.15407/sem2016.04.06

2016 №04 (07)

---

Современная электрометаллургия, 2016, #4, 36-44 pages
 

Диффузионный барьерный слой для высокотемпературных защитных покрытий

К. Ю. Яковчук, А. В. Микитчик, Ю. Э. Рудой, А. О. Ахтырский

Государственное предприятие «Международный центр электронно-лучевых технологий Института электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины». 03680, г. Киев-150, ул. Горького (Антоновича), 68. E-mail: mykytchyk@paton-icebt.kiev.ua
 
 
Abstract
Исследовано влияние диффузионных барьерных слоев, полученных путем электронно-лучевого осаждения антрацена и хрома, на химический состав, микроструктуру, микротвердость и адгезию конденсационных покрытий NiAl толщиной 40 мкм, нанесенных на образцы из жаропрочных сплавов ЭП-99 и CMSX-4. Отмечено, что на поверхности жаропрочного сплава в процессе термической обработки при 1080 ^оС в течение 2 ч формируется диффузионный барьерный слой толщиной около 5 мкм из карбидов преимущественно на основе вольфрама при нанесении слоя углерода и из карбидов на основе хрома при нанесении слоя хрома и углерода. В процессе последующей высокотемпературной выдержки в течение 10 ч при 1080 ^оС карбиды вольфрама сферической формы в зоне диффузионного барьерного слоя укрупняются до 1,5 мкм, а карбиды хрома выделяются в виде цепочки пластин длиной до 6 мкм. Показано позитивное влияние диффузионно барьерного слоя на замедление диффузии алюминия в жаропрочный сплав и тугоплавких элементов (W, Ta, Re) из жаропрочного сплава в покрытие. Установлено, что нанесение диффузионного барьерного слоя не ухудшает адгезию покрытий NiAl как в состоянии после осаждения, так и после термической обработки. Отмечено, что термоциклическая долговечность термобарьерного покрытия NiAl/ZrO₂–8 % Y₂O₃ повышается на 25 % при использовании диффузионно барьерного слоя из углерода. Библиогр. 10, табл. 3, ил. 10.
 
Ключевые слова: диффузионный барьерный слой; электронно-лучевое испарение; высокотемпературные жаростойкие покрытия NiAl; жаропрочные сплавы ЭП-99 и CMSX-4; диффузионная зона; карбидные прослойки
 
Received:                26.07.16
Published:               22.12.16
 
 
References
  1. Haynes, J. A., Zhang, Y., Cooley, K. M. [et al. (2004) High-temperature diffusion barriers for protective coatings. Surface and coatings technology, 188/189, 153–157. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.066
2. Wu, Y., Li, X.W., Song, G.M. et al. (2010) Improvement of the oxidation resistance of the single-crystal Ni-based TMS-82 + superalloy by Ni–Al coatings with/without diffusion barrier. Oxidation of metals, 5 (74), 287–303. https://doi.org/10.1007/s11085-010-9211-9
3. Kononov, V.V., Gnatenko, O.V., Gajduk, S.V., Naumik, V.V. (2013) Development of composition of corrosion-resistant protective coating and method of its deposition on castings of heat-resistant nickel alloys. Vestnik Dvigatelestroeniya, 1, 133–138.
4. Achimov, A.A., Tolmachev, I.M., Udovichenko, S.Yu. (2014) Investigation of heat-resistant diffusion coating on gas turbine engine blades of heat-resistant nickel alloy. Vestnik Tyumen State University, Physical-mathematical sciences. Informatika, 7, 105–111.
5. Simoyama, D., Zaini, K., Nishimoto, T. et al. (2007) Formation of a rhenium-base diffusion-barrier coating system on Ni-base single crystal superalloy and its stability at 1423 K. Оxidation of metals, 68, 5, 313–329. https://doi.org/10.1007/s11085-007-9077-7
6. Cavaletti, E., Mercier, S., Boivin, D. et al. (2008) Development of a NiW in-situ diffusion barrier of a forth generation nickel-base superalloy. Material Science Forum, 595–598, 23–32. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.595-598.23
7. Movchan, B.A., Yakovchuk, K.Yu. (2004) Graded thermal barrier coatings, deposited by EB-PVD. Surface&Coatings Technology, 188/189, 85–92. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.006
8. Movchan, B.A., Yakovchuk, K.Yu. (2004) Electron beam installations for evaporation and deposition of inorganic materials and coatings. Sovrem. Elektrometall., 2, 10–15.
9. Yakovchuk, K.Yu., Rudoy, Yu.E. (2003) Single-stage electron beam technology of deposition of thermal barrier gradient coatings. Ibid., 2, 10–16.
10. Kolomytsev, P.T. (1991) High-temperature protective coatings for nickel alloys. Moscow, Metallurgiya,