PL243004B1 - Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania - Google Patents
Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania Download PDFInfo
- Publication number
- PL243004B1 PL243004B1 PL430833A PL43083319A PL243004B1 PL 243004 B1 PL243004 B1 PL 243004B1 PL 430833 A PL430833 A PL 430833A PL 43083319 A PL43083319 A PL 43083319A PL 243004 B1 PL243004 B1 PL 243004B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- aluminide
- interlayer
- substrate
- oxide
- titanium alloys
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229910006281 γ-TiAl Inorganic materials 0.000 title claims description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 81
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910010039 TiAl3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 claims abstract description 14
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 16
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 14
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 10
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910008479 TiSi2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 5
- QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N alumanylidynechromium Chemical compound [Al].[Cr] QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007613 slurry method Methods 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 101100004392 Arabidopsis thaliana BHLH147 gene Proteins 0.000 claims description 4
- 229910009871 Ti5Si3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 Ti5Si4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 3
- 238000007592 spray painting technique Methods 0.000 claims description 3
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 14
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910009816 Ti3Si Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Chemical group 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Chemical group 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910021324 titanium aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest powłokowa bariera cieplna na podłożu (1) ze stopów tytanu typu γ-TiA1, która posiada na tym podłożu (1) osadzoną międzywarstwę aluminidkową (2), która złożona jest fazy TiAl2 lub fazy TiAl3, na której jest warstwa tlenkowa (4) tlenków wzrastających termicznie, która zawiera zwłaszcza tlenek aluminium. Na tej warstwie tlenkowej (4) jest zewnętrzna warstwa ceramiczna (5), która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. Zgłoszenie obejmuje także sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu (1) ze stopów tytanu typu γ-TiA1, prowadzi się tak, że na podłożu (1) ze stopów tytanu typu γ-TiA1 osadza się międzywarstwę aluminidkową (2) złożoną z fazy TiAl2 lub fazy TiAl3, a następnie nakłada się warstwę tlenkową (4) tlenków wzrastających termicznie zawierającą zwłaszcza tlenek aluminium, która formuje się tak, że za pomocą strumienia plazmy zawierającego gazy obojętne oraz tlen nagrzewa się międzywarstwę aluminidkową (2) w warunkach obniżonego ciśnienia. Na warstwie tlenkowej (4) osadza się na warstwę ceramiczną (5) tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się w poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego.
Description
Przedmiotem wynalazku jest powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów, tytanu typu γ-TiAl na osnowie fazy międzymetalicznej Ti Al oraz sposób wytwarzania tej powłokowej bariery cieplnej.
Stopy tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej γ-(ΤίΑΙ) charakteryzują się małą odpornością na utlenianie w temperaturze od 900°C do 1000°C oraz na korozję siarkową. Obecnie brak jest technicznych możliwości opracowania składu chemicznego stopów tytanu γ-(TiAl) zapewniającego dobrą odporność na korozję. Znane są różne rodzaje warstw żaroodpornych dla podłoża stopów γ-TiAl. Z publikacji Tang Z., Niewolak L., Schemet V., Singheiser L., Quadakkers W. J., Wang F., Wu W. oraz Gil A. pt.: „Development of oxidation resistant coatings for γ-TiAl based alloys”, Materials Science and Engineering A328, 2002, str. 297-301 znane są warstwy aluminidkowe na osnowie faz TiAl2, TiAl3, w tym modyfikowane krzemem i chromem oraz warstwy metaliczne na osnowie wieloskładnikowego stopu typu MeCrAIY. Natomiast z publikacji Jung H. G., Kim K. Y. pt: „Effect of ternary elements on oxidation behawior of aluminized TiAl alloys”, Oxidation of metals, Vol, 58, Nos ½, sierpień 2002, Nishimoto T., Izumi T., Hay ash i Sh., Narita T. pt.: „Two-step Cr and al. diffusion coating on TiAl at high temperatures, Intermetal lies 11,2003, str. 225-235 oraz Xiang Z. D., Rose S. R. pt.: „Oxidation resistance of diffusion coatings formed by pack-codeposition of Al and Si on γ-TiAl”, znane są sposoby wytwarzania tych warstw sposobem kontaktowo-gazowym.
Z opisu patentowego PL 203632 B1 znana jest powłoka złożona ze stopu na osnowie fazy międzymetalicznej γ-TiAl wzbogacona w pierwiastki, zwłaszcza chrom, poprawiające odporność na utlenianie, która wytwarzania jest sposobem fizycznego osadzania z fazy gazowej - Physical Vapour Deposition - PVD.
Z opisu patentowego US 5413871 A znane, jest zastosowanie powłokowych barier cieplnych z zewnętrzną warstwą ceramiczną do ochrony powierzchni łopatek turbin silników lotniczych. Natomiast z publikacji Gauthier V., Dettenwagnger F., Schutze M. pt.: „Oxitation behavior of γ-TiAl cated with zirconia thermal barriers”, Intermeal lies 10, 2002, str. 667-674 oraz Braun R., Frohlich M, Braue W., Leyens Ch. pt.: „Oxitation behaviour of gamma titanium-aluminides with EB-PVD thermal barrier coatings exposed to air at 900°C”’ znane są badania nad wytworzeniem zewnętrznej warstwy tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru metodami natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego - Atmospheric Pressure Plasma Spaying - APS oraz fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów - Electron Bram Physical Vapour Deposition - EB-PVD.
Z opisu patentowego DE 102006043436 B3 znane jest zastosowanie efektu oddziaływania fluorków poprawiającego żaroodporność powłok TBC. Z publikacji Brauna, Kefma, Frohlicha i Leyens’a pt.: „Oxidation resistance of γ-TiAl based alloy Ti-45Al-8Nb coated with intermetallic Ti-Al-OrY layers and EB-PVF zirconia-topcoats at 950°C in air”, Surface and Coatings Technology,; 222, 2013, s. 128-134 znane jest natomiast zastosowanie efektu fluorków do wytworzenia powłokowej bariery cieplnej na podłożu stopów TiAl. Wynika z niej także możliwość wytworzenia warstwy ceramicznej powłok TBC o budowie kolumnowej w procesie EB-PVD.
Z opisu zgłoszeniowego wynalazku EP 2631327 A1 znany jest sposób wytwarzania warstwy ceramicznej na podłożu metalicznym oraz warstw żaroodpornych. Ten znany sposób, nazywany jest fizycznym osadzaniem z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego - Plasma Spray Physical Vapour Deposition - PS-PVD: W tym znanym sposobie warstwa ceramiczna może być osadzana na podłoże metaliczne, zwłaszcza fazy między metalicznej lub tlenkowej.
Zastosowanie sposobu EB-PVD do wytwarzania warstwy ceramicznej zwiększa koszty produkcji. Alternatywnym dla niego sposobem, w szczególności do wytwarzania warstw na łopatkach turbiny niskiego ciśnienia, jest sposób PS-PVD, który umożliwia prowadzenie procesu osadzania warstwy w warunkach odparowania, proszku za pomocą palnika plazmowego. Sposób PS-PVD umożliwia wytworzenie warstwy o właściwościach zbliżonych do warstw wytworzonych w procesie EB-PVD.
Z publikacji M. Góral, T. Kubaszek, K. Gajewski „Wpływ warunków krzemowania metodą kontaktowo-gazową na mikrostrukturę warstw na podłożu tytanu”, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, 299 Mechanika 91, RUTMech t. XXXVI, z. 91 (1-2/19) s. 17-26 wiadomym jest, że krzem tworzy z tytanem krzemki typu Ti3Si, Ti5Si3, Ti5Si4, TiSi, TiSi2.
Celem wynalazku jest opracowanie nowej powłokowej bariery cieplnej na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl do ochrony powierzchni tych stopów, która będzie odporna na korozję oraz nowego sposobu wytwarzania tej powłokowej bariery cieplnej.
Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na tym podłożu osadzona jest między warstwa aluminidkowa złożona z fazy TiAl2, lub fazy TIAI3, przy czym w osnowie TiAl3 zawiera ona wydzielone krzemki tytanu ze zbioru Ti3Si, TisSis, Ti5Si4, TiSi, TiSi2, a na tej między warstwie aluminidkowej jest warstwa tlenkowa tlenków wzrastających termicznie, która zawiera zwłaszcza tlenek aluminium, a na tej warstwie tlenkowej jest zewnętrzna warstwa ceramiczna, która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru i która ma budowę kolumnową.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą gazową, albo metodą-zawiesinową, między warstwę aluminidkową złożoną z fazy TiAl2 lub fazy TiAl3, przy czym osadzanie metodą gazową prowadzi się w piecu w temperaturze od 900°C do 1050°C w czasie od 4 do 12 godzin, a jako źródło aluminium wykorzystuje się granule Al-Cr zawierające co najmniej 50% mas. Al, natomiast jako aktywator stosuje się fluorek glinu AIF3 w ilości od 0,05% mas. do 2% mas., zaś w metodzie zawiesinowej, na podłoże ze stopów, tytanu typu γ-TiAl nakłada się między warstwę aluminidkową z zawiesiny, którą stanowi zawiesina wodna proszku aluminium i proszku krzemu o zawartości krzemu od 5% mas. do 40% mas. frakcji stałej, przy czym proszek krzemu i proszek aluminium stosuje się o uziarnieniu co najwyżej 10 μm, zaś zawiesinę na podłoże ze stopów tytanu typu γ-TiAl nakłada się przez zanurzanie tego podłoża w tej zawiesinie albo nakłada się pędzlem albo nakłada się przez malowanie natryskowe, a następnie utworzoną między warstwę aluminidkową suszy się i następnie poddaje się wyżarzaniu dyfuzyjnemu w temperaturze od 900°C do 1050°C w czasie od 2 do 8 godzin, po czym powierzchnię oczyszcza się przez szlifowanie albo przez piaskowanie, i kolejno na wytworzoną między warstwę aluminidkowa nakłada się warstwę tlenkowa tlenków wzrastających termicznie zawierajaca zwłaszcza tlenek aluminium, którą formuje się tak, że do strumienia plazmy wprowadza się tlen przy natężeniu przepływu 4 dm3/min pod ciśnieniem od 150 Pa do 200 Pa, a następnie tym strumieniem plazmy, prowadzonym z natężeniem przepływu od 95 dm3/min do 120 dm3/min, zawierającym ponadto gazy obojętne nagrzewa się międzywarstwę aluminidkową w warunkach obniżonego ciśnienia w czasie od 20 do 30 minut, po czym na warstwie tlenkowej osadza się warstwę ceramiczną, tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się w poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego, w którym stosuję się gaz plazmotwórczy zawierający hel i argon wprowadzany przy natężeniu przepływu od 80 dm3/min do 120 dm3/min pod ciśnieniem od 50 Pa do 200 Pa.
Korzystnie wytwarzanie między warstwy aluminidkowej w piecu prowadzi się w atmosferze argonu albo w atmosferze wodoru, zaś wyżarzanie dyfuzyjne prowadzi się w atmosferze argonu albo prowadzi się w próżni.
Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli w procesie formowania warstwy tlenkowej tlenków wzrastających termicznie w strumieniu plazmy jako gaz obojętny stosuje się argon lub hel.
Zastosowanie w powłokowej barierze cieplnej na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl, warstwy tlenkowej umieszczonej na powierzchni międzywarstwy aluminidkowej zwiększa przyczepność do niej warstwy ceramicznej. Utworzona warstwa tlenku aluminium w warstwie tlenkowej ogranicza rozrost strefy tlenków wzrastających termicznie (TGO, Thermally Grown Oxides) i ogranicza naprężenia wewnętrzne w międzywarstwie aluminidkowej.
Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia powłokową barierę cieplną na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl w widoku schematycznym.
Powłokowa bariera cieplna na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania posiada na podłożu 1 ze stopu tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej TiAl międzywarstwę aluminidkową 2, która złożona jest z fazy TiAl2 i fazy TiAl3, w której osnowie TiAl3 rozmieszczone są wydzielone krzemki tytanu 3 TixSiy ze zbioru Ti3Si, Ti5Si3, Ti5Si4, TiSi, TiSi2. Na tej międzywarstwie aluminidkowej 2 jest warstwa tlenkowa 4 tlenków wzrastających termicznie, która zawiera głównie tlenek aluminium. Na warstwie tlenkowej 4 jest zewnętrzna warstwa ceramiczna 5 o budowie kolumnowej, która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru.
Powłokowa bariera cieplna na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania posiada na podłożu 1 ze stopu tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej TiAl międzywarstwę aluminidkową 2, która złożona jest z fazy TiAl2. Na tej międzywarstwie aluminidko wej 2 jest warstwa tlenkowa 4 tlenków wzrastających termicznie, która zawiera głównie tlenek aluminium. Na warstwie tlenkowej 4 jest zewnętrzna warstwa ceramiczna 5, która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru.
Powłokowa bariera cieplna na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania posiada na podłożu 1 ze stopu tytanu na osnowie fazy międzymetalicznej; TiAl międzywarstwę aluminidkową 2, która złożona jest z fazy TiAl3 i w której rozmieszczone są wydzielone krzemki tytanu 3 TixSiy ze zbioru Ti3Si, Ti5Si3, Ti5Si4, TiSi, TiSi2. Na tej między warstwie aluminidkowej 2 jest warstwa tlenkowa 4 tlenków wzrastających termicznie, która zawiera zwłaszcza tlenek aluminium. Na warstwie tlenkowej 4 jest zewnętrzna warstwa ceramiczna 5, która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w pierwszym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu I ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą gazową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl2 oraz TiAl3, przy czym jako źródło aluminium stosuje się granule Al-Cr zawierające 50% mas. Al. Jako aktywator stosuje się fluorek glinu - AlF3 w ilości 2% mas. Proces prowadzi się w piecu w atmosferze argonu i wodoru w temperaturze 1050°C w czasie 12 godzin. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających termicznie poprzez wstępne utlenianie między warstwy aluminidkowej 2, przy czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych, wprowadza się tlen z natężeniem przepływu 4 dm3/min przy ciśnieniu 200 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość natężenia ich przepływu wynosi 120 dm3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 30 minut. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego (PS-PVD). Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 120 dm3/min, przy zastosowaniu ciśnienia 200 Pa.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w drugim przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu 1 m stopów-tytanu typu γ-TiAI osadza się metodą gazową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl2, przy czym jako źródło aluminium stosuje się granule Al-Cr zawierające 75% mas. Al. Jako aktywator stosuje się fluorek glinu - AIF3 w ilości 0,5% mas. Proces prowadzi się w piecu w atmosferze argonu i wodoru w temperaturze 950°C w czasie 8 godzin. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających termicznie, poprzez wstępne utlenianie międzywarstwy aluminidkowej 2, przy czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych, wprowadza się tlen z natężeniem przepływu 4 dm3/min przy ciśnieniu 200 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość natężenia ich przepływu wynosi 120 dm3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 30 minut. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego (PS-PVD). Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 80 dm3/min, przy zastosowaniu ciśnienia 150 Pa.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą-gazową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl3, przy czym jako źródło aluminium stosuje się granule Al-Cr zawierające 60% mas. Al. Jako aktywator stosuje się fluorek glinu - AIF3 w ilości 0,05% mas. Proces prowadzi się w piecu w atmosferze argonu i wodoru w temperaturze 900°C w czasie 4 godzin. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających termicznie zawierającą głównie tlenek aluminium poprzez wstępne utlenianie międzywarstwy aluminidkowej 2, przy czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych, wprowadza się tlen z natężeniem przepływu 4 dm3/min przy ciśnieniu 200 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość natężenia przepływu wynosi 120 dm3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 30 minut. Warstwę tlenkową 4 formuje się zwłaszcza z tlenku glinu. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego (PS-PVD). Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 50 dm3/min, przy zastosowaniu ciśnienia 80 Pa.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl, według wynalazku, w czwartym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą zawiesinową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl2 oraz
T1AI3, przy czym stosuje się zawiesinę wodną proszku aluminium o uziarnieniu 10 μm oraz proszku krzemu o uziarnieniu 10 μm. Zawartość krzemu w tej zawiesinie wynosi 40% mas. w stosunku do frakcji stałej stanowiącej łączną ilość proszku aluminium i proszku krzemu. Zawiesinę na międzywarstwę aluminidkową 2 nakłada się przez jej zanurzenie, po czym suszy się ją. Następnie warstwę zawiesiny poddaje się wyżarzaniu w temperaturze 1050°C w czasie 2 godzin w atmosferze argonu. W dalszej kolejności powierzchnię oczyszcza się przez szlifowanie. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających, termicznie, poprzez wstępne utlenianie międzywarstwy aluminidkowej 2, przy czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych wprowadza się tlen z natężeniem przepływu 4 dm 3/min przy ciśnieniu 150 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość prędkości ich przepływu wynosi 95 dm3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 30 minut. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem (PS-PVD) za pomocą palnika plazmowego typu 03CP. Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 120 dm3/min, przy zastosowaniu ciśnienia 200 Pa.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl według wynalazku, w piątym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą zawiesinową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl3, przy czym stosuje się zawiesinę wodną proszku aluminium o uziarnieniu 8 μm oraz proszku krzemu o uziarnieniu 8 μm. Zawartość krzemu w tej zawiesinie wynosi 12.5% mas. w stosunku do frakcji stałej stanowiącej łączną ilość proszku aluminium i proszku krzemu. Zawiesinę na międzywarstwę aluminidkową 2 nakłada się pędzlem, po czym suszy się ją. Następnie warstwę zawiesiny poddaje się wyżarzaniu w temperaturze 975°C w czasie 5 godzin w próżni. W dalszej kolejności powierzchnię oczyszcza się przez piaskowanie. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających termicznie poprzez wstępne utlenianie międzywarstwy aluminidkowej 2, przy czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych wprowadza się tlen z natężeniem przepływu 4 dm3/min przy ciśnieniu 150 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość natężenia ich przepływu wynosi 95 d m3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 20 minut. Warstwę tlenkową 4 formuje się zwłaszcza z tlenku glinu. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego typu 03CP. Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 100 dm3/min przy zastosowaniu ciśnienia 100 Pa.
Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl według wynalazku, w szóstym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że na podłożu 1 ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się metodą zawiesinową międzywarstwę aluminidkową 2 złożoną z fazy TiAl2, przy czym stosuje się zawiesinę proszku aluminium o uziarnieniu 5 μm oraz proszku krzemu o uziarnieniu 5 μm w roztworze nieorganicznym. Zawartość krzemu w tej zawiesinie wynosi 5% mas. w stosunku do frakcji stałej stanowiącej łączną ilość proszku aluminium i proszku krzemu. Zawiesinę na międzywarstwę aluminidkową 2 nakłada się przez malowanie natryskowe, po czym suszy się ją. Warstwę zawiesiny poddaje się wyżarzaniu w temperaturze 900°C w czasie 8 godzin w atmosferze argonu. W dalszej kolejności powierzchnię oczyszcza się przez szlifowanie. Następnie nakłada się warstwę tlenkową 4 tlenków wzrastających termicznie poprzez wstępne utlenianie międzywarstwy aluminidkowej 4, prz y czym do mieszaniny gazów plazmotwórczych wprowadza się tlen z prędkością 4 dm3/min przy ciśnieniu 150 Pa. Gaz plazmotwórczy stanowi mieszanina helu i argonu, a wartość natężenia jego przepływu wynosi 95 dm3/min. Utlenianie prowadzi się w czasie 18 minut. Warstwę tlenkową 4 formuje się głównie z tlenku aluminium. Kolejno, na tej warstwie tlenkowej 4, osadza się zewnętrzną warstwę ceramiczną 5 tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się w poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego typu 03CP. Jako gaz plazmotwórczy stosuje się mieszaninę helu i argonu, której wartość natężenia przepływu ustala się na 80 dm3/min, przy zastosowaniu ciśnienia 50 Pa.
Claims (8)
1. Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl, znamienna tym, że na tym podłożu (1) osadzona jest między warstwa aluminidkową (2) złożona z fazy TiAl2 lub fazy TiAl3, przy czym w osnowie TiAl3 zawiera ona wydzielone krzemki tytanu (3) ze zbioru TisSi, Ti5Si3, Ti5Si4, TiSi, TiSi2, a na tej międzywarstwie aluminidkowej (2) jest warstwa tlenkowa (4) tlenków wzrastających termicznie, która zawiera zwłaszcza tlenek aluminium, a na tej warstwie tlenkowej (4) jest zewnętrzna warstwa ceramiczna (5), która zawiera tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru i która ma budowę kolumnową.
2. Sposób wytwarzania powłokowej bariery cieplnej na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl, określonej w zastrz. 1, znamienny tym, że na podłożu (1) ze stopów tytanu typu γ-TiAl osadza się, metodą gazową albo metodą zawiesinową, międzywarstwę aluminidkową (2) złożoną z fazy TiAl2 lub fazy TiAl3, przy czym osadzanie metodą gazową prowadzi się w piecu w temperaturze od 900°C do 1050°C w czasie od 4 do 12 godzin, a jako źródło aluminium wykorzystuje się granule Al-Cr zawierające co najmniej 50% mas. Al, natomiast jako aktywator stosuje się fluorek glinu AIF3 w ilości od 0,05% mas. do 2% mas., zaś w metodzie zawiesinowej, na podłoże (1) ze stopów tytanu typu γ-TiAl nakłada się międzywarstwę aluminidkową (2) z zawiesiny, którą stanowi zawiesina wodna proszku aluminium i proszku krzemu o zawartości krzemu od 5% mas. do 40% mas. frakcji stałej, przy czym proszek krzemu i proszek aluminium stosuje się o uziarnieniu co najwyżej 10 μm, zaś zawiesinę na podłoże (1) ze stopów tytanu typu γ-TiAl nakłada się przez zanurzanie tego podłoża (1) w tej zawiesinie albo nakłada się pędzlem albo nakłada się przez malowanie natryskowe, a następnie utworzoną międzywarstwę aluminidkową (2) suszy się i następnie poddaje się wyżarzaniu dyfuzyjnemu w temperaturze od 900°C do 1050°C w czasie od 2 do 8 godzin, po czym powierzchnię oczyszcza się przez szlifowanie albo przez piaskowanie, i kolejno na wytworzoną międzywarstwę aluminidkową nakłada się warstwę tlenkową (4) tlenków wzrastających termicznie zawierającą zwłaszcza tlenek aluminium, którą formuje się tak, że do strumienia plazmy wprowadza się tlen przy natężeniu przepływu 4 dm3/min pod ciśnieniem od 150 Pa do 200 Pa, a następnie tym strumieniem plazmy, prowadzonym z natężeniem przepływu od 95 dm3/min do 120 dm3/min, zawierającym ponadto gazy obojętne nagrzewa się międzywarstwę aluminidkową (2) w warunkach obniżonego ciśnienia w czasie od 20 do 30 minut, po czym na warstwie tlenkowej (4) osadza się warstwę ceramiczną (5) tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, którą formuje się w poprzez fizyczne jej osadzanie z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą palnika plazmowego, w którym stosuje się gaz plazmotwórczy zawierający hel i argon wprowadzany przy natężeniu przepływu od 80 dm3/min do 120 dm3/min pod ciśnieniem od 50 Pa do 200 Pa.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wytwarzanie międzywarstwy aluminidkowej (2) w piecu prowadzi się w atmosferze argonu.
4. Sposób według dowolnego z zastrz. od 2 do 3, znamienny tym, że wytwarzanie międzywarstwy aluminidkowej (2) w piecu prowadzi się w atmosferze wodoru.
5. Sposób według dowolnego z zastrz. od 2 do 4, znamienny tym, że wyżarzanie dyfuzyjne prowadzi się w atmosferze argonu.
6. Sposób według dowolnego z zastrz. od 2 do 4, znamienny tym, że wyżarzanie dyfuzyjne prowadzi się w próżni.
7. Sposób według dowolnego z zastrz. od 2 do 6, znamienny tym, że w procesie formowania warstwy tlenkowej (4) tlenków wzrastających termicznie w strumieniu plazmy jako gaz obojętny stosuje się argon.
8. Sposób według dowolnego z zastrz. od 2 do 7, znamienny tym, że w procesie formowania warstwy tlenkowej (4) tlenków wzrastających termicznie w strumieniu plazmy jako gaz obojętny stosuje się hel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430833A PL243004B1 (pl) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430833A PL243004B1 (pl) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL430833A1 PL430833A1 (pl) | 2021-02-08 |
| PL243004B1 true PL243004B1 (pl) | 2023-06-05 |
Family
ID=74492998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL430833A PL243004B1 (pl) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL243004B1 (pl) |
-
2019
- 2019-08-07 PL PL430833A patent/PL243004B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL430833A1 (pl) | 2021-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1801263B1 (en) | Platinum modified NiCoCrAly bondcoat for thermal barrier coating | |
| Keyvani et al. | A comparison on thermomechanical properties of plasma-sprayed conventional and nanostructured YSZ TBC coatings in thermal cycling | |
| US7214409B1 (en) | High strength Ni-Pt-Al-Hf bondcoat | |
| JP2007231422A (ja) | コーティング方法、およびコーティングされた物品 | |
| Zhu et al. | A study of the diffusion and pre-oxidation treatment on the formation of Al2O3 ceramic scale on NiCrAlY bond-coat during initial oxidation process | |
| Guo et al. | Cold spray for production of in-situ nanocrystalline MCrAlY coatings–Part II: Isothermal oxidation performance | |
| Yao et al. | Thermal barrier coating bonded by (Al2O3–Y2O3)/(Y2O3-stabilized ZrO2) laminated composite coating prepared by two-step cyclic spray pyrolysis | |
| US9689069B2 (en) | Coating system including diffusion barrier layer including iridium and oxide layer | |
| Jegadeeswaran et al. | Oxidation resistance HVOF sprayed coating 25%(Cr3C2-25 (Ni20Cr))+ 75% NiCrAlY on titanium alloy | |
| SU1505441A3 (ru) | Покрытие | |
| Mishra et al. | Hot corrosion performance of LVOF sprayed Al2O3–40% TiO2 coating on Superni 601 and Superco 605 superalloys at 800 and 900 C | |
| US20050214563A1 (en) | Modified bond coat for increasing the cyclic spallation life of thermal barrier coating | |
| CN114086101A (zh) | 一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法 | |
| US8048534B2 (en) | Composite used for thermal spray instrumentation and method for making the same | |
| PL243004B1 (pl) | Powłokowa bariera cieplna na podłożu ze stopów tytanu typu γ-TiAl oraz sposób jej wytwarzania | |
| Braun et al. | Lifetime of environmental/thermal barrier coatings deposited on a niobium silicide composite with boron containing M7Si6‐based bond coat | |
| CN111247312B (zh) | 由包含铼的超合金制成的涡轮部件以及相关制造方法 | |
| CN118979216A (zh) | 钛合金表面耐热腐蚀涂层及制备方法和应用 | |
| US20080187773A1 (en) | Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced | |
| RU2402639C1 (ru) | Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на детали из жаропрочных сплавов | |
| Brossard et al. | Influence of water vapour on the oxidation behaviour of a conventional aluminide and a new thermal barrier coating system sintered from a slurry | |
| EP3192885B1 (en) | Internally cooled ni-base superalloy component with spallation-resistant tbc system | |
| RU2228969C2 (ru) | Способ локальной защиты изделия от газового алитирования | |
| Góral et al. | The technology of plasma spray physical vapour deposition | |
| EP2516808A1 (en) | Thermal barrier coating having low thermal conductivity |