UA78487C2 - Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення - Google Patents
Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення Download PDFInfo
- Publication number
- UA78487C2 UA78487C2 UA2002086789A UA2002086789A UA78487C2 UA 78487 C2 UA78487 C2 UA 78487C2 UA 2002086789 A UA2002086789 A UA 2002086789A UA 2002086789 A UA2002086789 A UA 2002086789A UA 78487 C2 UA78487 C2 UA 78487C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- oxide
- source
- evaporator
- compound
- vapor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 50
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 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 abstract description 8
- 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 abstract description 8
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims abstract description 4
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 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 abstract 3
- 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 abstract 3
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 229910003454 ytterbium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 229940075624 ytterbium oxide Drugs 0.000 claims abstract 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 41
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 38
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 18
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 18
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 claims 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 18
- 229910001864 baryta Inorganic materials 0.000 abstract 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229940044927 ceric oxide Drugs 0.000 abstract 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 39
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 20
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical group [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 zirconium ions Chemical group 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 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
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009672 coating analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 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
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-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
- 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
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
-
- 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
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
- C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
-
- 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
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/548—Controlling the composition
-
- 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
- C23C28/32—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
- 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
- C23C28/325—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with layers graded in composition or in physical properties
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Спосіб та пристрій для нанесення керамічного покриття, утвореного із суміші оксидних сполук, що вибрані з групи, яка включає оксид церію, оксид магнію, оксид стронцію, оксид барію, оксид лантану, оксид неодимію, оксид гадолінію, оксид диспрозію, оксид ітербію та оксид танталу, на поверхню деталі, при цьому принаймні одна зі сполук має тиск пари, вищий ніж у решти оксидних сполук.
Description
Опис винаходу
Цей винахід взагалі стосується способів нанесення покриття. Зокрема, цей винахід спрямовано на створення 2 способу нанесення покриття конденсацією із парової фази та пристрою для нанесення керамічних покриттів, який включає групу окисів із різними значеннями тиску пари та використовує одне джерело випаровування, яке містить цю групу окисів.
Вищі робочі температури для газотурбінних двигунів постійно досліджуються з метою збільшення їх продуктивності. Однак по мірі збільшення робочих температур, термін дії деталей двигуна, що працюють в 70 умовах високої температури в ділянках проходження гарячого газу в двигуні, теж повинен відповідно збільшуватись. Значні переваги жароміцних властивостей були досягнуті шляхом створення супер-сплавів на основі нікелю та кобальту. Однак, може виникнути необхідність в такому робочому режимі певних деталей турбіни, відсіків камери згоряння та форсажної камери газотурбінного двигуна, при якому механічних властивостей цих сплавів буде недостатньо для витримки робочих температур. З цієї причини, такі деталі часто 12 захищають шляхом теплоізоляційного покриття (ТІП), утвореного із керамічного матеріалу. За рахунок того, що керамічні матеріали та субстрати супер-сплавів, які ними захищаються, мають різні коефіцієнти теплового розширення (КТР), звичайно застосовують окисностійке з'єднувальне покриття для поліпшення злипання та подовжування терміну дії ТІП, а також для захисту підоснови від пошкоджень через окислювання та високотемпературне корозійне руйнування. Зв'язувальні покриття, що використовують в субстратах супер-сплавів, звичайно мають форму зовнішнього покриття, такого як МУТГАЇХ (де М є залізом, кобальтом та/або нікелем, а Х є ітрієм або іншим рідко земельним елементом) або дифузійного алюмінидного покриття. Підчас нанесення керамічного теплоізоляційного покриття та наступного піддання його високим температурам, таким як при роботі двигуна, ці з'єднувальні покриття утворюють шар глинозему (АІ2О3) із здатністю щільного злипання, або тонку плівку , яка приклеює ТІП до зв'язувального покриття. с
Різні керамічні матеріали були запропоновані як ТІП, найбільш відмітними з яких є окис цирконію (2гО 5), Ге) повністю або частково стабілізований окисом ітрію (205), окис магнію (МоС) або інші окиси лужно-земельних металів, або окис церію (СеОо) або інші окиси рідко-земельних металів. Як матеріал для ТІП широко застосовується бінарний цирконій, що стабілізується ітрієм (СІЦ), завдяки його термостійкості, низькій теплопровідності та ерозійній стійкості порівняно із цирконієм, стабілізованим іншими окисами. Крім того, СІЦ в вважають переважним внаслідок відносної легкості його нанесення плазмовим струменем, струменем полум'ята о за методиками нанесення покриття конденсацією із парової фази (НПКПФ). ТІП, які застосовуються в газотурбінних двигунах в ділянках найвищих температур, наносять за методикою НПКПФ, зокрема, за методикою З електронно-променевого нанесення покриття конденсацією парової фази (ЕПНПКПФ), при якому утворюється с покриття, що має стовбурну, стійку до розтяжіння зернисту структуру, яка має можливість розширюватись та стискатись, не викликаючи при цьому пошкоджувальних стресів, що приводять до скалювання. Аналогічні - стовбурні мікроструктури можна виробити за допомогою інших процесів атомної або молекулярної конденсації, таких як, напилення (наприклад, під високим та низьким тиском, стандартним або колимірованим струменем), йоно-плазмове покриття та всі види процесів плавлення та нанесення покриттів конденсацією з парової фази. « (наприклад, катодно -дугове, лазерне тощо). З 50 Для того, щоб ТІП залишалось ефективним протягом всього визначеного терміну дії захищених ним деталей, с важливою є низка теплопровідність ТІП протягом всього цього періоду. Однак, відомо, що значення
Із» теплопровідності матеріалів ТІП, таких як СІЦ, підвищуються з часом, якщо вони знаходяться в робочому середовищі газотурбінного двигуна. В результаті цього, на деталі газотурбінних двигунів ТІП наносять більш товстим шаром, ніж це було б потрібно. Альтернативно, деталі, що охолоджуються внутри двигуна, такі як лопаті та сопла, повинні бути розраховані на вищий рівень охолоджувального потоку. Ці обидва рішення є небажаними і з погляду високої вартості, терміну дії деталей та продуктивності двигуна. В результаті можна визначити, що
Ге | технології нанесення ТІП вимагають подальшого покращання, особливо, якщо ТІП застосовуються для теплоізоляції деталей, призначених для розробок двигунів, до яких пред'являються більш високі вимоги. Для шк зниження та стабілізації теплопровідності СІЦ, були запропоновані трьохкомпонентні системи СІЦ. Наприклад, в о 20 звичайно оформленій патентній заявці США за реєстраційним номером (номер реєстрації патентним повіреним) 130М-13490, заявник: Рігні та ін. (Кідпеу еї а), описано ТІП із сплавом СІЦ, яке містить певні кількості тм одного або більше окисів лужно-земельних металів (окис магнію (Мо90), окис кальцію (Сад), окис стронцію (5гО) та окис барію (Вас)), окисів рідко-земельних металів (окис лантану (І 2203), окис церію (СебО»), окис неодимію (Ма205), окис гадолінію (54205), та окис диспрозію (бугО.з)) та/або окиси таких металів, як нікель (МІС), залізо 29 (Ре205), кобальт (СоО) та скандій (Зс2Оз). Згідно із заявкою Кідпеу еї аЇ., в значних кількостях ці окиси
ГФ) можуть значно знизити теплопровідність СІЦ за рахунок підвищення кристалографічних дефектів та/або деформацій кристалічної решітки. В звичайно оформленій патентній заявці США за реєстраційним номером о (номер реєстрації патентним повіреним) 130М-14066, заявник: Даролія та ін. (Оагоїа еї аї.), СІЦ ТІП наносять у складі із третім окисом - елементарного вуглецю та, можливо, карбідів та/або газу, що містить 60 вуглець. Результуюче ТІП характеризується низькою щільністю, високотемпературною стійкістю та поліпшеними механічними властивостями.
В той час, як при введенні у СІЦ ТІП додаткових окисних сполук згідно із Кідпеу еї а! та Оагоїйіа еї аї. можна було створити більш стійкі мікроструктури ТІП, дуже важко наносити ТІП способом конденсації для вироблення бажаної однорідної композиції, якщо додатково введений окис має тиск, який значно відрізняється бо від тиску цирконію або ітрію. Наприклад, окис церію мав тиск пари приблизно 10 мбар, порівняно із значеннями тиску приблизно 0,05 мбар для цирконію та ітрію при 250020. Якщо ТІП із СІЦ ж окис церію потрібно нанести шляхом ЕПНПКПФ або іншим способом конденсації із парової фази, випаровуючи злиток, що містить бажану композицію СІЦ «ж окис церію, створюється ТІП, яке має неприйнятне нерівномірне розподілення окису церію. Для уникнення цього явища виконували супутнє випаровування окисів із окремого злитка кожного додаткового окису із тисками пари, які значно відрізнялися від тиску СІЦ (наприклад, принаймні на порядок вище від значення тиску СІЦ). При застосуванні електронного променю, треба було застосовувати методику стрибкоподібного регулювання променя, за якою промінь на короткий час проектується (в діапазоні мілісекунд) на кожний злиток, причому кількість часу проектування променя на кожний злиток регулюється таким чином, що вироблена енергія 7/0 досягає енергетичної рівноваги, що необхідна для отримання композиційного регулювання. Альтернативою для використання одного променя є застосування групи електронних гармат, що діють з різними рівнями сили для підтримки кожного матеріалу злитків у розплавленому стані. Однак ці обидві методики ускладнюють процес нанесення настільки, що введення додаткових окисів у СІЦ ТІП може бути важко виконати в рамках промислового виробництва.
З погляду на вище сказане, в існуючому способі бажано спростити супутнє випаровування окисів із різними значеннями тиску пари.
Цей винахід спрямовано на створення способу для нанесення керамічного покриття та пристрою для його здійснення, наприклад, теплоізоляційного покриття (ТІП) деталей, які застосовують у пошкоджуючому тепловому середовищі, наприклад, турбіни із супер-сплавів, деталі камери згоряння та форсажної камери газотурбінного двигуна. Спосіб згідно із цим винаходом, зокрема, спрямовано на створення методики випаровування для нанесення ТІП, утвореного із групи окисних сполук, принаймні одна з яких має тиск пари, що відрізняється від тиску інших окисних сполук цієї групи. Прикладом є нанесення ТІП, утвореного із сплаву СІЦ із третім окисом для зниження щільності та/(або теплопровідності ТІП, поліпшення високотемпературної стійкості та/або поліпшення механічних властивостей. Цим винаходом, взагалі, створюється джерело випаровування, що містить су
Групу різних окисних сполук, причому принаймні одна із них має тиск пари вищий ніж у решти окисних сполук. У системі СІЦ -покриття, прикладами особливо прийнятних окисних сполук є окиси таких металів, як церій, о гадоліній, неодимій, лантаній, диспрозій, ітербій, танталій, магній, кальцій, стронцій та барій, які мають значну дійсну процентну різницю розмірів іонів відносно іонів цирконію для створення значної деформації кристалічної решітки, що приводить до зниження значень теплопровідності. Призначену для покриття деталь ча зо розташовують поблизу джерела випаровування, на яке проектують промінь високої енергії (наприклад, електронний або лазерний) для плавління та формування парової хмари із окисних сполук із цього джерела со випаровування, при цьому запобігаючи контакту цієї парової хмари з деталлю та конденсації на ній на «І початковому етапі, протягом якого відносна кількість однієї окисної сполуки парової хмари більше, ніж відносна кількість окисної сполуки в джерелі випаровування. З цією метою між деталлю та джерелом со випаровування можна фізично встановити бар'єр. Протягом наступного етапу, протягом якого відносна кількість ї- окисної сполуки в паровій хмарі зменшується до приблизно рівного значення відносної кількості в джерелі випаровування, бар'єр усувають для можливості контакту та конденсації парової хмари на деталі для утворення покриття. Якщо бар'єр використовували для початкового нанесення покриття, то його усувають в наступному етапі процесу випаровування. «
З погляду на вищесказане можна встановити, що цей винахід базується на визначенні того, що на початку Ше) с процесу, при якому використовують джерело випаровування (наприклад, злиток) із вмістом групи окисних й сполук, одна або більше з яких мають вищий тиск пари ніж інші, парова хмара збагачується окисною сполукою із "» найвищим паровим тиском та, в результаті, ця окисна сполука випаровується скоріше за інші. Наступне встановлюється, що через деякий час джерело випаровування поступово збагачується окисною (-ними) сполукою (-ами) із нижчим паровим тиском відповідно із нижчою швидкістю випаровування), що приводить до -і рівноваги (або практичної рівноваги) процесу випаровування та, отже, до більш рівномірного сумісного випаровування окисних сполук із джерела випаровування. В результаті покриття, нанесене на цьому етапі бо процесу випаровування, матиме композицію, яка має більшу ступінь подібності до композиції в джерелі ї» випаровування. Відповідно, переважним аспектом цього винаходу є створення можливості контакту та Конденсації на деталі парової хмари, що випарюється із джерела випаровування, на початковому або виключно бо на цьому останньому етапі, виробляючи при цьому покриття, композиція якого є більш передбачуваною та "З однорідною ніж будь-яка інша, яку можна утворити при використанні одного джерела випаровування із вмістом групи окисних сполук.
Інші об'єкти та переваги цього винаходу будуть краще визначені в наступному детальному описі.
На фігурі 1 схематично зображено електронно-променевий пристрій для нанесення покриття конденсацією із парової фази з використанням одного джерела випаровування із вмістом групи окисних сполук, одна з яких має іФ) вищий паровий тиск ніж інші, що містяться в джерелі, згідно із одним варіантом виконання цього винаходу. ко На фігурі 2 надано графік залежності концентрації окисної сполуки із вищим тиском пари від часу покривного процесу. во На фігурі З зображено мікрофотографію поперечного перерізу теплоізоляційного покриття, нанесеного згідно із цим винаходом.
На фігурі 4 зображено граф хімічної композиції теплоізоляційного покриття, нанесеного згідно із цим винаходом.
Даний винахід взагалі можна застосовувати для деталей, які знаходяться у високотемпературному б5 середовищі, таких як лопаті та форсунки турбіни, бандажі, втулки камери внутрішнього згоряння та корпус форсажної камери газотурбінних двигунів. Хоча переваги цього винаходу є особливо застосовними для деталей газотурбінних двигунів, методику за цим винаходом взагалі можна використовувати для всіх деталей, на які можна наносити теплоізоляційне покриття для забезпечення захисту від високотемпературного середовища.
ТІП, які мають найбільший інтерес з погляду цього винаходу, звичайно з'єднують із підосновою, наприклад, із супер-сплаву, на яку нанесено металеве з'єднувальне покриття. З'єднувальне покриття переважно є збагаченою алюмінієм композицією, наприклад, поверхневе покриття сплавом МСОТГАЇХ або дифузійне покриття, наприклад, дифузійним алюмінидом або дифузійним платиновим алюмінидом відомого типу, хоча передбачається, що можна застосовувати і інші з'єднувальні покривні матеріали та їх види. Згідно із прототипом ТІП повинно наноситись товщиною, достатньою для забезпечення теплового захисту визначеної /о деталі, звичайно порядку приблизно від 75 до 300 мікрометрів, при цьому передбачені менші або більші значення товщини.
Для досягнення зернистої структури із прийнятним опором до деформації ТІП наносять, використовуючи спосіб нанесення покриття конденсацією із парової фази, такий як ЕПНПКПФ, хоча інші способи випаровування теж можна застосовувати в обсязі цього винаходу. Процес ЕПНІПКПФ вимагає наявності джерела /5 Випаровування, утвореного із бажаної покривної композиції, та електронного променя, що має відповідний енергетичний рівень для створення пари із джерела випаровування в присутності поверхні, призначеної для покриття. На фігурі 1 схематично показано частину ЕПНІКПФ пристрою 20, який включає покривну камеру 22, в якій розміщується деталь для покриття. ТІП 32 надано як таке, що наноситься на деталь 30 шляхом плавлення та випаровування злитку 10 бажаного покривного матеріалу електронним променем 26, що утворюється 2о електронно-променевою гарматою 28. Інтенсивності променя 26 достатньо для вироблення парової хмари 34, яка контактує з поверхнею деталі 30 та конденсується на ній для утворення ТШ 32. Як показано, парова хмара 34 випаровується із ванни 14 розплавленого покривного матеріалу, що міститься в резервуарі, утвореному тиглем 12, який оточує верхній кінець злитку 10. Вода або інше відповідне охолоджувальне середовище протікає крізь охолоджувальні канали 16, розташовані всередині тиглю 12 для підтримки прийнятної температури. По мірі сч ов поступового використання в процесі нанесення покриття злиток 10 все більше заповнює камеру 22 крізь повітряний шлюз 24. В результаті процесу випаровування, при якому наноситься ТІП 32, для окремих зерен ТІП і) 32 є характерним наявність мікроструктурних дефектів та пор усередині та на поверхні зерен та між їх границями розділу. Припускається, що ці дефекти та пори зменшують теплопровідність окремих зерен ТШ та отже ТІП в цілому. М зо Згідно із переважним аспектом винаходу теплоізоляційний матеріал ТІП 26 базується на бінарному стабілізованому ітрієм цирконії (СІЦ), але в сплаві він повинен містити принаймні третій металевий окис. со
Зокрема, винахід стосується нанесення випаровуванням покриттів на основі СІЦ, в яких один або більше окисів «г металів мають тиск пари, який значно відрізняється від тиску пари цирконію та ітрію, наприклад, принаймні на порядок. Хоча це не є обов'язковою ознакою винаходу, але переважно, щоб третій окис мав ефект зниження со та/або стабілізації теплопровідності ТШ 32. З цією метою та згідно із звичайно поданою заявкою за ї- реєстраційним номером (номер реєстрації патентним повіреним 130М-13490) Кідпеу еї аї, третій окис переважно має значну дійсну процентну різницю розмірів іонів відносно іонів цирконію, яка сягає принаймні аніону ітрію (3), тобто принаймні 13 процентів, для створення значної деформації завдяки розміру іону. Згідно із в « звичайно оформленою патентною заявкою США за реєстраційним номером (номер реєстрації патентним повіреним) 130М-14066, Оагоїа еї а/!., ТІП 32 може бути далі змінено для вмісту елементарного вуглецю у формі --й с осаджених нашарувань, із яких в результаті теплового розкладу вуглецю може виділятися газ, що містить ц вуглець (наприклад, одноокис вуглецю (СО) та / або двоокис вуглецю (СО.)). Припускається, що у комбінації "» наявність нашарування та одного або більше вище визначених третіх окисів металів приводить до зниження щільності теплопровідності СІЦ ТІП.
ТІП 32, яке є переважним за цим винаходом, переважно містить приблизно від З до 8 вагових відсотків -І ітрію, хоча можна використовувати як менші, так і більша кількості ітрію. Приклади відповідних окисних сполук, які треба сплавити із СІЦ, включають такі окиси металів, як церій, гадоліній, неодимій, лантаній, со диспрозій, ітербій, танталій, магній, кальцій, стронцій та барій, які мають значення тиску пари, що значно «г» відрізняються від тисків парів цирконію та ітрію. Наприклад, припускається, що окиси церію, неодимію, лантанію, ітербію, магнію, стронцію та барію мають тиски парів вище, ніж у цирконія та ітрія, дещо більше ніж со на порядок. Відповідно до тверджень Кідпеу еї аі. та Юагоїа еї ар. припускається, що церій є особливо "І переважним із вмістом приблизно від 10 до 20 вагових відсотків в ТІП 32, хоча передбачається використання нижчих та вищих рівнів церію.
Згідно із цим винаходом СІЦ та церій (або інший окис із високим тиском пари) одночасно випаровуються із одного злитка 10, що має бажану композицію для покриття 32, хоча в прототипі сумісно випаровували СІЦ та церій, але результатом цього було створення покриттів, композиції яких були неоднорідними або неузгодженими о із композицією злитку за рахунок вищого тиску пари церію. В дослідженні, що привело до цього винаходу, злиток ко із вмістом СІЦ, сплавленого із 16 ваговими відсотками церію, випаровували за допомогою ЕПНІКПФ для нанесення ТШ. Посилаючись на фігуру 2, аналіз покриття показав, що частина ТІП, осаджена на початку процесу бо випаровування (Її), була збагачена церієм. Вміст церію падав в початковій товщині ТІП, відповідно із тривалістю покриття приблизно 10 хвилин, після цього вміст церію був відносно стабільним при нанесенні покриття (2) перед тим, як зменшитись практично в кінці операції покриття (ї 3). Із цього дослідження можна зробити висновок, що парова хмара 34 усередині покривної камери початкове є збагаченою іонами церію в результаті вищого тиску пари церію (відповідно із вищою швидкістю випаровування). Однак, через період часу 65 (М) наступає рівновага (або практично рівновага) для стабілізації процесу випаровування, що приводить до більш рівномірного сумісного випаровування СЩ та церію із злитку. Не маючи на меті пов'язати це з будь-якою визначеною теорією, було зроблено висновок, що злиток став значно збагаченим СІЦ в результаті нижчих швидкостей випаровування ітрію та цирконію (як результат відносно низьких тисків їх парів), та що була встановлена очевидна рівновага швидкостей випаровування цирконію, ітрію та церію. Кінцеве зниження вмісту церію в періоді покриття (їз) відбувалося за рахунок залишку злитку, збагаченому СІЦ через раніше прискорену втрату церію, без додаткового поповнення ним маси злитку.
На засаді цього можна зробити висновок, що ТІЦ 32, нанесене протягом проміжного етапу (12) процесу випаровування, може мати композицію більше подібну композиції злитку. Згідно із цим, об'єктом цього винаходу є створення можливістю випаровування парової хмари 34 із злитку 10 для зіткнення з деталлю З0 та конденсації уо чна ній на початковому або виключно на цьому проміжному етапі для вироблення ТІП 32, композиція якого є більш передбачуваною та однорідною, ніж інші можливі при використанні одного джерела випаровування.
Посилаючись на фігуру 1, ЕПНІКПФ - пристрій 20 має бар'єру 36, що розташований між деталлю 30 та плавильною ванною 14 та який існує тільки на початковому та кінцевому етапах процесу покриття, протягом якого композиція парової хмари пропорційно змінюється по відношенню до композиції злитку. Відповідним бар'єром 36 є пластина із нержавіючої сталі якою можна маніпулювати зовні покривної камери 22. Одним способом використання бар'єру є визначення періодів часу "4" та "2" для даної композиції злитку та потім програмування пристрою 20 на зняття бар'єру 26 в період (ї 4) та наступне на початку процесу покриття. Бар'єр 36 пізніше можна знов вставити або просто закінчити процес випаровування в кінці періоду Го» перед тим, як почне випаровуватись збагачений СІЦ залишок злитку 10. Альтернативно, робота пристрою може бути 2о автоматизована шляхом зчитування хімічної композиції парової хмари 34.
Хоча використання фізичного бар'єру 36 є переважною ефективною методикою для обмеження процесу нанесення покриття на проміжному етапі Її », можна також застосовувати інші методики. Наприклад, можна запобігти нанесенню покриття, збагаченого складовими із вищим тиском пари, шляхом виконання початкового етапу (Її) процесу покриття, як окремого робочого циклу, протягом якого деталь ЗО ще не розміщена в камері сч 22. Нанесенню покриття, збагаченого складовими із нижчими тисками парів зі злитку 10, можна запобігти припиненням процесу покриття до початку кінцевого етапу (і з), тобто, перед тим, як почне випаровуватись і) кінцева порція злитку 10, збагачена складовою (ими) із нижчим тиском парів. Потім останній етап (їз) оптимально відкладають, поки матеріал злитку безперервно подається в камеру 22.
В другому дослідженні, що привело до цього винаходу, ТІП наносили шляхом ЕПНІПКПФ на зразки, утворені М зо із супер-сплаву Кепе Мб, на які було нанесено дифузійне з'єднувальне покриття із алюміниду платини (РІАЇ).
Зразки покривали шляхом випаровування злитку цирконію, стабілізованого приблизно сьома ваговими со відсотками ітрію (7 о СІЦ), сплавленого із 16 ваговими відсотками церію. Зразки завантажували у покривну /«К камеру таким чином, щоб вони підтримувались над злитком, та відкачували повітря із камери для створення парціального вакууму приблизно 1077 Тор (приблизно 1,3хХ1077 мбар). Потім зразки нагрівали до температури со приблизно 9002С. При обертанні зразків із швидкістю приблизно 25 об./хв., злиток випаровували за допомогою / електронно-променевої гармати із постійним рівнем потужності приблизно 24,5 кВт. Протягом початкового періоду приблизно 10 хвилин парова хмара, вироблена підчас випаровування, була ізольована від контакту із зразком та конденсації її на ньому бар'єром типу, що є зображеним на фігурі 1. Потім, усуваючи бар'єр, деталь « піддавали покриттю протягом приблизно 40 хвилин, після чого знов вставляли бар'єр для припинення процесу нанесення покриття на зразки. Нанесене в цих умовах ТІП, зображене на фігурі З, має бажану стовбурну - с мікроструктуру, при цьому з фігурі 4 очевидно, що розподіл елементів по всій товщині ТІП є практично ц рівномірним. На фігурі 4 показано, що відносно їх стабілізованих рівнів в загальній масі ТІП, рівень цирконію ,» відносно високий, а церію - відносно низький в декількох перших сантиметрах ТІП. Причина цієї різниці не зрозуміла, але вона ні в якому випадку не матиме шкідливого впливу на бажані властивості ТІП.
Не дивлячись на те, що цей винахід було описано на базі переважних варіантів виконання, очевидно, що - І спеціаліст в цій галузі може застосовувати інші варіанти. Відповідно обсяг винаходу слід обмежувати тільки со наступною формулою винаходу. ть Фо рмула винаходу о 50 "І 1. Спосіб нанесення керамічного покриття (32) на поверхню деталі (30), який включає етапи: - створення джерела-випарника (10), що містить групу різних оксидних сполук, причому принаймні одна із них має тиск пари вищий, ніж у решти оксидних сполук; - закріплення деталі (30) поблизу джерела-випарника (10); - спрямування високоенергетичного променя на джерело-випарник (10) для розплавлення оксидних сполук іФ) джерела-випарника (10) та формування парової хмари (34) із окисних сполук джерела випаровування (10), при ко цьому запобігають контакту парової хмари (34) та її конденсації на деталі (30) на початковому етапі, протягом якого відносна кількість принаймні однієї оксидної сполуки в паровій хмарі (34) більша за відносну кількість бо принаймні однієї окисної сполуки з джерела-випарника (10); та потім - забезпечення можливості контакту парової хмари (34) із деталлю (30) та конденсації на ній під час наступного етапу для формування покриття (32), протягом якого відносна кількість принаймні однієї оксидної сполуки в паровій хмарі приблизно дорівнює відносній кількості принаймні однієї іншої оксидної сполуки з джерела-випарника (10). 65 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для запобігання контакту парової хмари (34) з деталлю (30) та її конденсації на деталі (30) на початковому етапі додатково встановлюють бар'єр (36) між деталлю (30) та
Claims (1)
- джерелом-випарником (10) та забезпечують можливість контакту парової хмари (34) та її конденсації на деталі (30) на наступному етапі за рахунок вилучення бар'єру (36) між деталлю (30) та джерелом-випарником (10).3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що додатково включає етап запобігання контакту парової хмари (34) З деталлю (30) та конденсації її на деталі (30) протягом кінцевого етапу, під час якого відносна кількість принаймні однієї оксидної сполуки в паровій хмарі (34) менше за відносну кількість принаймні однієї іншої оксидної сполуки з джерела-випарника (10).4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні одну оксидну сполуку вибирають із групи, що включає оксид церію, оксид магнію, оксид стронцію, оксид барію, оксид лантану, оксид неодимію, оксид гадолінію, оксид 70 диспрозію, оксид ітербію та оксид танталу.5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить, по суті, оксид ітрію, оксид цирконію та принаймні ще одну оксидну сполуку.6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що принаймні однією оксидною сполукою є оксид церію.7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить, по суті, оксид ітрію, оксид /5 Чирконію та принаймні ще одну оксидну сполуку.8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні однією оксидною сполукою є оксид церію.9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить приблизно від 10 до приблизно масових процентів оксиду церію, при цьому також додають оксид ітрію у кількості від приблизно З до приблизно 8 масових процентів для стабілізації рівноважного стану оксиду цирконію. 20 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що деталлю (30) є деталь газотурбінного двигуна.11. Пристрій (20) для нанесення керамічного покриття (32) на поверхню деталі (30), який включає: одне джерело-випарник (10), який містить декілька різних оксидних сполук, при цьому принаймні одна з оксидних сполук має тиск насиченої пари, вищий ніж у решти оксидних сполук; засоби для введення джерела-випарника (10) до покривної камери (22); сч засоби для закріплення деталі (30) поблизу джерела-випарника(10); засоби (28) для спрямування високоенергетичного променю (26) на джерело-випарник (10) для розплавлення і) оксидних сполук джерела-випарника та формування парової хмари (34); засоби запобігання контакту парової хмари (34) з деталлю (30) та її конденсації на деталі (30) на початковому етапі, протягом якого відносна кількість принаймні однієї оксидної сполуки в паровій хмарі (34) М зо більше за відносну кількість принаймні однієї іншої оксидної сполуки в джерелі випаровування (10); та засоби для вилучення засобів запобігання (36) для створення можливості контакту парової хмари із деталлю со (30) та її конденсації на деталі (30) на наступному етапі, протягом якого відносна кількість принаймні однієї «г оксидної сполуки в паровій хмарі (34) приблизно дорівнює відносній кількості принаймні однієї іншої оксидної сполуки з джерела-випарника (10). со12. Пристрій (20) за п. 11, який відрізняється тим, що засобами запобігання є бар'єр (36), розташований на ча ділянці між деталлю (30) та джерелом випаровування (10), та засоби вилучення, що виконані з можливістю вилучення бар'єру (36) між деталлю (30) та джерелом-випарником (10).13. Пристрій (20) за п. 11, який відрізняється тим, що принаймні одна оксидна сполука вибрана з групи, що включає оксид церію, оксид магнію, оксид стронцію, оксид барію, оксид лантану, оксид неодимію, оксид « гадолінію, оксид диспрозію, оксид ітербію та оксид танталу. з с 14. Пристрій (20) за п. 13, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить, по суті, оксид ітрію, оксид цирконію та принаймні ще одну оксидну сполуку. ;» 15. Пристрій (20) за п. 14, який відрізняється тим, що принаймні однією оксидною сполукою є оксид церію.16. Пристрій (20) за п. 11, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить, по суті, оксид ітрію, цирконію та принаймні ще одну оксидну сполуку. -І 17. Пристрій (20) за п. 11, який відрізняється тим, що принаймні однією оксидною сполукою є оксид церію.18. Пристрій (20) за п. 11, який відрізняється тим, що джерело-випарник (10) містить приблизно від 10 до со приблизно 20 масових процентів оксиду церію та оксиду ітрію у кількості від приблизно З до приблизно 8 їх масових процентів для стабілізації рівноважного стану оксиду цирконію. о 50 що Ф) іме) 60 б5
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002086789A UA78487C2 (uk) | 2002-08-15 | 2002-08-15 | Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення |
| US10/064,887 US6790486B2 (en) | 2002-08-15 | 2002-08-27 | Vapor deposition process |
| US10/754,419 US7128950B2 (en) | 1999-08-04 | 2004-01-08 | Electron beam physical vapor deposition process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002086789A UA78487C2 (uk) | 2002-08-15 | 2002-08-15 | Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA78487C2 true UA78487C2 (uk) | 2007-04-10 |
Family
ID=34391323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2002086789A UA78487C2 (uk) | 1999-08-04 | 2002-08-15 | Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6790486B2 (uk) |
| UA (1) | UA78487C2 (uk) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4481027B2 (ja) * | 2003-02-17 | 2010-06-16 | 財団法人ファインセラミックスセンター | 遮熱コーティング部材およびその製造方法 |
| US20070160775A1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-07-12 | General Electric Company | Physical vapor deposition process and apparatus therefor |
| US7875370B2 (en) * | 2006-08-18 | 2011-01-25 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating with a plasma spray top layer |
| US20130129938A1 (en) * | 2010-01-06 | 2013-05-23 | Direct Vapor Technologies International | Method for the co-evaporation and deposition of materials with differing vapor pressures |
| US20140261080A1 (en) | 2010-08-27 | 2014-09-18 | Rolls-Royce Corporation | Rare earth silicate environmental barrier coatings |
| US9945036B2 (en) | 2011-03-22 | 2018-04-17 | General Electric Company | Hot corrosion-resistant coatings and components protected therewith |
| US10260141B2 (en) * | 2013-10-09 | 2019-04-16 | United Technologies Corporation | Method of forming a thermal barrier coating with improved adhesion |
| US10023951B2 (en) | 2013-10-22 | 2018-07-17 | Mo-How Herman Shen | Damping method including a face-centered cubic ferromagnetic damping material, and components having same |
| WO2015102696A2 (en) * | 2013-10-22 | 2015-07-09 | Shen Mo-How Herman | A high strain damping method including a face-centered cubic ferromagnetic damping coating, and components having same |
| US9458534B2 (en) | 2013-10-22 | 2016-10-04 | Mo-How Herman Shen | High strain damping method including a face-centered cubic ferromagnetic damping coating, and components having same |
| US11479846B2 (en) | 2014-01-07 | 2022-10-25 | Honeywell International Inc. | Thermal barrier coatings for turbine engine components |
| CN111607762B (zh) * | 2020-05-13 | 2021-03-16 | 北京航空航天大学 | 一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置 |
| US20220025523A1 (en) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | Honeywell International Inc. | Cmas-resistant themal barrier coating for part of gas turbine engine |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054184A (en) * | 1996-06-04 | 2000-04-25 | General Electric Company | Method for forming a multilayer thermal barrier coating |
| WO1998013531A1 (de) * | 1996-09-23 | 1998-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer wärmedämmschicht |
| FR2779448B1 (fr) * | 1998-06-04 | 2000-12-15 | Snecma | Revetement ceramique a faible conductivite thermique et de type barriere thermique, procede de depot d'un tel revetement ceramique, et piece metallique protegee par ce revetement ceramique |
| US6187453B1 (en) * | 1998-07-17 | 2001-02-13 | United Technologies Corporation | Article having a durable ceramic coating |
| US6145470A (en) * | 1998-12-11 | 2000-11-14 | General Electric Company | Apparatus for electron beam physical vapor deposition |
| US6571857B2 (en) * | 2001-11-07 | 2003-06-03 | General Electric Company | Processing of nickel aluminide material |
-
2002
- 2002-08-15 UA UA2002086789A patent/UA78487C2/uk unknown
- 2002-08-27 US US10/064,887 patent/US6790486B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6790486B2 (en) | 2004-09-14 |
| US20040043150A1 (en) | 2004-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5418003A (en) | Vapor deposition of ceramic materials | |
| EP0799904B1 (en) | Method of producing a graded coating with a top ceramic layer | |
| US8100083B2 (en) | Process and apparatus for depositing a ceramic coating | |
| EP1327704B1 (en) | Thermal barrier coating and process therefor | |
| US7537806B2 (en) | Method for producing a thermal barrier coating on a substrate | |
| US7214409B1 (en) | High strength Ni-Pt-Al-Hf bondcoat | |
| UA78487C2 (uk) | Спосіб нанесення керамічного покриття та пристрій для його здійснення | |
| KR20070067602A (ko) | 기판상에 피막을 형성하는 방법 및 터빈 엔진 부품 | |
| EP1209321B1 (en) | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor | |
| US6432478B2 (en) | Ceramic heat barrier coating having low thermal conductivity, and process for the deposition of said coating | |
| US6635124B1 (en) | Method of depositing a thermal barrier coating | |
| RU2748342C2 (ru) | Защитное покрытие для термически нагружаемой конструкции | |
| KR101136907B1 (ko) | 금속이온 주입법을 이용한 열차폐 코팅층 및 이의 제조방법 | |
| US7393416B2 (en) | Vapor deposition process and apparatus therefor | |
| US6998172B2 (en) | Thermally-stabilized thermal barrier coating | |
| EP1580296B1 (en) | Reduced thermal conductivity TBC by EB-PVD process to incorporate porosity | |
| JP2003313652A (ja) | 遮熱用セラミックス皮膜、その皮膜で被覆したセラミックス被覆部材およびその製造方法 | |
| UA74149C2 (uk) | Спосіб формування покриття для створення теплового бар'єра (варіанти) та покриття для створення теплового бар'єра |