N. B. Pugacheva
CURRENT TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF HEAT-RESISTANT COATINGS BASED ON IRON, NICKEL AND COBALT ALUMINIDES
DOI: 10.17804/2410-9908.2015.3.051-082 Long-term research results on the structural condition of heat-resistant coatings based on iron, nickel and cobalt aluminides applied to gas turbine blades by diffusion methods or spraying, as well as on their degradation and damageability under operational conditions, are presented. Peculiarities of the formation of these coatings and possible types of their defects are analyzed. Results of studying the protective properties of multilayer coatings with different chemical and phase structures are given.
Keywords: gas turbine, high-temperature strength, heat resistance, coatings, aluminides, oxide film, diffusion, spraying, cracks  References:
1. Abraimov N.V., Yeliseyev Yu.S. Khimiko-termicheskaya obrabotka zharoprochnykh stalei i splavov [Chemical heat treatment of heat-resistant steels and alloys]. Moscow, Intermet Engineering Publ., 2001, 622 p. (In Russian).
2. Goward G.W. Progress in coatings for gas turbine airfoils. Surface and Coatings Technology, 1998, no. 108, 109, рp. 73–79. DOI: 10.1016/S0257-8972(98)00667-7..
3. Guzanov B.N., Kositsyn S.V., Pugacheva N.B. Uprochnyayushchie zashchitnye pokrytiya v mashinostroenii [Strengthening Protective Coatings in Mechanical Engineering]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2004, 244 p. (In Russian).
4. Movchan B.A., Malashenko I.S. Zharostoikie pokrytiya, osazhdaemye v vakuume [Heat-Resistant coatings Precipitated in Vacuum]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1983, 232 p. (In Russian).
5. Sychyov M.M. Neorganicheskie klei [Inorganic Glues]. Leningrad, Khimiya Publ., 1986, 152 p. (In Russian).
6. Kosolapova T.Ya., ed. Svoistva, poluchenie i primenenie tugoplavkikh soedineniy: Spravochnik [Properties, Production and Application of Refractory Compounds: Reference book]. Мoscow, Metallurgiya Publ., 1986, 928 p. (In Russian).
7. Kositsyn S.V., Vandysheva N.B., Guzanov B.N. et al. Effect of the composition and structure of heat-resistant nickel alloys on the structure and properties of diffusion coatings. Zashchitnye pokrytiya na metallakh, 1987, vol. 21, pp. 20–24. (In Russian).
8. Pugacheva N.B., Kositsyn S.V. Babich N.V. Thermal diffusion coatings based on ferroalloys with REM. Fizika i khimiya obrabotki materialov, 1998, no. 4, pp. 42–48. (In Russian).
9. Sorokin V.G., Guzanov B.N., Babynkin A.N., Vandysheva N.B. et al. Primenenie diffuzionnykh pokrytiy dlya zashchity vysokokhromistykh nikelevykh splavov ot vozdeistviya agressivnykh gazovykh sred. V kn.: Temperaturoustoichivye pokrytiya [Application of diffusive coatings for the protection of high-chromium nickel alloys against hostile gas environment. In: Heat-Resistant Coatings]. Leningrad, Nauka Publ., 1985, pp. 172–177. (In Russian).
10. Pugacheva N.B., Ekzemplyarova E.O., Zadvorkin S.M. Studying the structure and physical properties of Fe-Cr-Al alloys. Metaly, 2006, no. 1, pp. 68–75. (In Russian).
11. Borisenok G.V., Vasilyev L.A., Voroshnin L.G., et al. Khimiko-termicheskaya obrabotka metallov i splavov. Spravochnik [Chemical and thermal treatment of metals and alloys. Reference book]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1981, 424 p. (In Russian).
12. Kositsyn S.V., Litvinov V.S., Sorokin V.G., Gervasiev M.A. Effect of silicon on diffusion in nickel-aluminum alloys. Phizika metalov i metallovedenie, 1980, vol. 49, no. 5, pp. 1063–1067. (In Russian).
13. Smirnov Yu.G., Lebedeva M.A., Kositsyn S.V., et al. Studying the damageability of slip silipide-alumina coatings on aircraft GTE turbine blades under operation. Aviatsionnaya promyshlennost, 1988, no. 1, pp. 68–71. (In Russian).
14. Kositsyn S.V. Splavy i pokrytiya na osnove monoalyuminida nikelya [Alloys and Coatings Based on Nickel Monoaluminide]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2008, 278 p. (In Russian).
15. Muboyadzhan S.A., Lesnikov V.P., Kuznetsov V.P. Kompleksnye zashchitnye pokrytiya turbinnykh lopatok aviatsionnykh GTD [Complex Protective Coatings on Aircraft GTE Blades Turbine Blades]. Ekaterinburg, Kvist Publ., 2008, 208 p. (In Russian).
16. Pugacheva N.B. Mazayev E.S. Protective properties of high-temperature composite coatings. Phizika i khimiya obrabotki materialov, 2001, no. 4, pp. 82–90. (In Russian).
17. Vandysheva N.B., Fedorov P.A., Klyueva N.V., et al. Multicomponent strengthening coatings for high-temperature parts of powerful diesels. Zashchitnye pokrytiya na metallakh, 1990, iss. 24, pp. 100–104. (In Russian).
18. Padture N.P., Gell M., Jordan E.H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications. Science, 2002, vol. 296, рp. 280–284.
19. Chubarov D.A., Matveev P.V. New ceramic materials for thermal barrier coatings on GTE rotor blades. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2013, no. 4, pp. 43–46. (In Russian).
20. Budinovsky S.A., Muboyadzhan S.A., Gayamov A.M., Matveev P.V. Development of ion plasma heat-resistant metal layers of thermal barrier coatings for cooled turbine rotor blades. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, 2013, no. 12, pp. 16–21. (In Russian).
21. Schlichting K.W., Padture N.P., Jordan E.H., Gell M. Failure modes in plasma-sprayed thermal barrier coatings. Materials Science and Engineering, 2003, vol. A342, рp. 120–130.
22. Zhu D., Miller R.A. Thermal Conductivity and Sintering Behavior of Advanced Thermal Barrier Coatings. NASA. TM-2002-211481, 2002, 15 р.
23. Gayamov A.M., Budinovsky S.A., Muboyadzhan S.A., Kosmin A.A. Choosing a heat-resistant coating for the VZhM4 high-temperature rhenium-ruthenium-containing nickel alloy. Trudy "VIAM", 2014, no. 1. (In Russian). URL: http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/639.pdf. (accessed 31.05.2015).
Н. Б. Пугачева
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЖАРОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИДОВ ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА
Представлены результаты многолетних исследований структурного состояния жаростойких покрытий на основе алюминидов железа, никеля и кобальта, наносимых на лопатки газовых турбин диффузионными методами и напылением, а также их деградации и повреждаемости в эксплуатационных условиях. Проанализированы особенности формирования и возможные виды дефектов этих покрытий. Приведены результаты исследований защитных свойств многослойных покрытий разного химического и фазового составов.
Ключевые слова: газовая турбина, жаропрочность, жаростойкость, покрытия, алюминиды, окисная пленка, диффузия, напыление, трещины Библиография:
1. Абраимов Н. В., Елисеев Ю. С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М. : Интермет Инжиниринг, 2001. – 622 с.
2. Goward G. W. Progress in coatings for gas turbine airfoils // Surface and Coatings Technology. – 1998. – Nо. 108, 109. – P. 73–79. – DOI: 10.1016/S0257-8972(98)00667-7.
3. Гузанов Б. Н., Косицын С. В., Пугачева Н. Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. – Екатеринбург : УрО РАН, 2004. – 244 с.
4. Мовчан Б. А., Малашенко И. С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. – Киев : Наукова думка, 1983. – 232 с.
5. Сычёв М. М. Неорганические клеи. – Ленинград : Химия, 1986. – 152 с.
6. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: Справочник / под ред. Т. Я. Косолаповой. – М. : Металлургия, 1986. – 928 с.
7. Влияние состава и структуры жаропрочных никелевых сплавов на строение и свойства диффузионных покрытий / С. В. Косицын, Н. Б. Вандышева, Б. Н. Гузанов и др. // Защитные покрытия на металлах. – Киев : Наукова думка, 1987. – Вып. 21. – С. 20–24.
8. Пугачева Н. Б., Косицын С. В., Бабич Н. В. Термодиффузионные покрытия на основе ферросплавов с РЗМ // Физика и химия обработки материалов. – 1998. – № 4. – С. 42–48.
9. Применение диффузионных покрытий для защиты высокохромистых никелевых сплавов от воздействия агрессивных газовых сред / В. Г. Сорокин, Б. Н. Гузанов, А. Н. Бабынькин, Н. Б. Вандышева и др. // в кн. : Температуроустойчивые покрытия. – Ленинград : Наука, 1985. – С. 172–177.
10. Пугачева Н. Б., Экземплярова Е. О., Задворкин С. М. Исследование структуры и физических свойств сплавов Fe-Cr-Al // Металлы. – 2006. – № 1. – С. 68–75.
11. Химико-термическая обрабока металлов и сплавов. Справочник / Г. В. Борисенок, Л. А. Васильев, Л. Г. Ворошнин и др. – М. : Металлургия, 1981. – 424 с.
12. Влияние кремния на диффузию в сплавах никель-алюминий / С. В. Косицын, В. С. Литвинов, В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев // Физика металлов и металловедение. – 1980. – Т. 49, № 5. – С. 1063–1067.
13. Исследование повреждаемости шликерных алюмосилипидных покрытий в процессе эксплуатации лопаток авиационных ГТД / Ю. Г. Смирнов, М. А. Лебедева, С. В. Косицын и др. // Авиационная промышленность. – 1988. – № 1. – С. 68–71.
14. Косицын С. В. Сплавы и покрытия на основе моноалюминида никеля. – Екатеринбург : Изд-во УрО РАН, 2008. – 278 с.
15. Мубояджан С. А., Лесников В. П., Кузнецов В. П. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД. – Екатеринбург : Изд-во «Квист», 2008. – 208 с.
16. Пугачева Н. Б. Мазаева Е. С. Защитные свойства высокотемпературных комбинированных покрытий // Физика и химия обработки материалов. – 2001. – № 4. – С. 82–90.
17. Многокомпонентные упрочняющие покрытия для высокотемпературных деталей мощных дизелей / Н. Б. Вандышева, П. А. Федоров, Н. В. Клюева и др. // Защитные покрытия на металлах. – 1990. – Вып. 24. – С. 100–104.
18. Padture N. P., Gell M., Jordan E. H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 296. – P. 280–284.
19. Чубаров Д. А., Матвеев П. В. Новые керамические материалы для теплозащитных покрытий рабочих лопаток ГТД // Авиационные материалы и технологии. – 2013. – № 4. – C. 43–46.
20. Разработка ионно-плазменных жаростойких металлических слоев теплозащитных покрытий для охлаждаемых рабочих лопаток турбин / С. А. Будиновский, С. А. Мубояджан, А. М. Гаямов, П. В. Матвеев // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 12. – C. 16–21.
21. Failure modes in plasma-sprayed thermal barrier coatings / K. W. Schlichting, N. P. Padture, E. H. Jordan, M. Gell // Materials Science and Engineering. – 2003. – Vol. A342. – P. 120–130.
22. Zhu D., Miller R. A. Thermal Conductivity and Sintering Behavior of Advanced Thermal Barrier Coatings. NASA / TM-2002-211481. – 2002. – 15 р.
23. Выбор жаростойкого покрытия для жаропрочного никелевого рений-рутений содержащего сплава марки ВЖМ4 [Электронный ресурс] / А. М. Гаямов, С. А. Будиновский, С. А. Мубояджан, А. А. Косьмин // Труды «ВИАМ». – 2014. – № 1. – URL : http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/639.pdf (дата обращения: 31.05.2015).
|
