Технология получения композиционных конгломератных порошков для плазменного напыления высокотемпературных защитных покрытий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для деталей газотурбинных установок, эксплуатируемых в условиях коррозионно-эрозионного воздействия и интенсивного изнашивания, наиболее приемлемыми считаются композиции, содержащие в своем составе Ni, Co, Cr, Al, B, Y как в чистом виде, так и в составе соединений, наносимых на контактную поверхность при газотермическом напылении. Перспективными являются современные интегрированные комплексы, полученные объединением разнородных веществ в виде единой композиции. Такие порошки получают либо за счет плакирования, либо при конгломерировании тонкодисперсных исходных компонентов в более крупную частицу. Проблема разработки и изготовления установок для конгломерирования порошков является актуальной и практически важной, поскольку позволяет получать материал для газотермического напыления покрытий высокотемпературного назначения. Цель работы – разработать технологическую схему получения порошков требуемого химического состава с заданной формой и размером частиц, предназначенных для напыления высокотемпературных защитных покрытий. Материалы и методы исследования. Разработана технология получения интегрированных порошков для напыления покрытий с использованием метода распылительной сушки и последующего спекания в вакууме или в аргоно-водородной газовой среде, которая позволяет избежать потери исходного сырья за счет возврата мелкой и крупной фракции. Предложена технология подготовки материалов для распылительной сушки и гранулирования. Сконструирован и изготовлен аэродинамический классификатор гравитационного типа, позволяющий в автоматическом режиме осуществлять отбор необходимой для напыления покрытия фракции порошка, а также возврат нежелательной фракции на повторную переработку. Морфологию гранулированного порошка определяли на сканирующем электронном микроскопе TESCAN. Химический состав получаемых интегрированных комплексов определен методом микрорентгеноспектрального анализа на приставке OXFORD. Результаты и обсуждения. Установлены технологические условия получения порошков заданного размера (40…100 мкм). Показано, что форма частиц конгломерата после распылительной сушки близка к сферической. На основе многофакторного эксперимента выполнена оптимизация технологического процесса получения порошка Ni-17Cr-10Al-1Y и Ni-22Cr-16Al-1Y размерами до 100 мкм. Показано, что при конгломерировании порошков с повышенным содержанием алюминия (Ni-22Cr-16Al-1Y) необходимо учитывать экзотермическую реакцию образования алюминидов никеля и разбавлять смесь исходных компонентов перед спеканием готовым спеченным порошком. Получаемые интегрированные комплексы характеризуются высокой жаростойкостью, поэтому предназначены и успешно используются для плазменного напыления защитных покрытий высокотемпературного назначения. Выводы. Разработана технология получения композиционных конгломерированных порошков Ni-17C-10Al-1Y и Ni-22Cr-16Al-1Y размерами частиц до 100 мкм и формой, близкой сферической. Отличительной особенностью этой технологии является то, что она позволяет избежать потери исходного сырья за счет возврата мелкой и крупной фракций.

Об авторах

Б. Н. Гузанов

Email: guzanov_bn@mail.ru
доктор техн. наук, профессор, Российский государственный профессионально-педагогический университет, ул. Машиностроителей, 11, г. Екатеринбург, 620012, Россия, guzanov_bn@mail.ru

Н. Б. Пугачева

Email: nat@imach.uran.ru
доктор техн. наук, доцент, Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия, nat@imach.uran.ru

Е. Ю. Слукин

Email: slukin@cniim-ekt.ru
канд. техн. наук, доцент, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия, slukin@cniim-ekt.ru

Т. М. Быкова

Email: tatiana_8801@mail.ru
канд. техн. наук, Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия, tatiana_8801@mail.ru

Список литературы

  1. Rickerby D.S., Winstone M.R. Coatings for gas tyrbines // Journal of Manufacturing Processes. – 1992. – Vol. 7, iss. 4. – P. 485–526. – doi: 10.1080/10426919208947439.
  2. Burgel R. Coating service experience with industrial gas turbines // Journal of Materials Science and Technology. – 1986. – Vol. 2. – P. 302–308. – doi: 10.1179/mst.1986.2.3.302.
  3. Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. – Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 244 с. – ISBN 5-7691-1405-3.
  4. Chaki T.K., Singht A.K., Sadananda K. Effect of Co-Cr-Al-Y coating on microstructural stability and creep behavior of nickel-base superalloy // Thin Solid Films. – 1989. – Vol. 168. – P. 207–220. – doi: 10.1016/0040-6090(89)90007-2.
  5. Мубояджан С.А., Лесников В.П., Кузнецов В.П. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД. – Екатеринбург: Квист, 2008. – 208 с. – ISBN 5-900474-60-7.
  6. Газотермическое напыление композиционных порошков / А.Я. Кулик, Ю.С. Борисов, А.С. Мнухин, М.Д. Никитин. – Л.: Машиностроение, 1985. – 199 с.
  7. Uusitalo M.A., Vuristo P.M.J., Mantyla T.A. Elevated temperature erosion-corrosion of thermal sprayed coatings in chlorine containing environments // Wear. – 2002. – Vol. 252, iss. 7–8. – P. 586–594. – doi: 10.1016/S0043-1648(02)00014-5.
  8. Lai G.Y. High-temperature corrosion and materials application. – Materials Park, Ohio: ASM International, 2007. – 461 p. – ISBN 978-0-87170-853-3.
  9. Sidhu S.S., Prakash S. Performance of NiCrAlY, Ni-Cr, Stellite-6 and Ni3Al coatings in Na2SO4-60% V2O5 environment at 900° under cyclic conditions // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201, iss. 3–4. – P. 1643–1654. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.02.035.
  10. Matthews S., Schweizer M. Optimization of arc-sprayed Ni-Cr-Ti coatings for high temperature corrosion applications // Journal of Thermal Spray Technology. – 2013. – Vol. 22, iss. 4. – P. 538–550. – doi: 10.1007/s11666-013-9914-y.
  11. Конгломерированные композиционные порошки для газотермического напыления / В.Р. Калиновский, Ю.В. Соколов, А.Ф. Ильющенко, В.В. Трощий, А.В. Калиновский // Перспективы развития поверхностного и объемного упрочнения сплавов: сборник научных трудов, посвященный 40-летию кафедры «Материаловедение в машиностроении» / под ред. Л.Г. Ворошина. – Минск, 2004. – С. 124–133.
  12. Ильинкова Т.А., Барсукова Е.А., Тагиров А.Т. Взаимосвязь характеристик порошковых материалов и механических свойств плазменных теплозащитных покрытий // Вестник технологического университета. – 2015. – Т. 18, № 15. – С. 116–121.
  13. Особенности структуры и свойств γ+β сплавов Ni-Cr-Al вблизи эвтектического состава / С.В. Косицын, Б.Н. Гузанов, С.Д. Алексин, А.А. Копылов // Физика металлов и металловедение. – 1990. – № 9. – С. 114–122.
  14. Tingaud D. Nardou F. Influence of non-reactive particles on the microstructure of NiAl and NiAl–ZrO2 processed by thermal explosion // Intermetallics. – 2008. – Vol. 16, iss. 5. – P. 732–737. – doi: 10.1016/j.intermet.2008.02.016.
  15. Пугачева Н.Б. Современные тенденции развития жаростойких покрытий на основе алюминидов железа, никеля и кобальта // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2015. – Iss. 3. – P. 51–82. – doi: 10.17804/2410-9908.2015.3.051-082. – URL: https://www.dream-journal.org/DREAM_Issue_3_2015_Pugacheva_N._B._051_082..pdf (дата обращения: 14.01.2021).
  16. Studying the structure and adhesion strength of thermal barriers coating / N.B. Pugacheva, B.N. Guzanov, N.V. Obabkov, T.M. Bykova, N.S. Michurov // AIP Conference Proceedings. – 2019. – Vol. 2176. – P. 030013-1–030013-4. – doi: 10.1063/1.5135137.
  17. Особенности создания комбинированных теплостойких покрытий для деталей высокотемпературного назначения / Б.Н. Гузанов, Н.Б. Пугачева, В.Д. Алексеев, Е.Ю. Слукин // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 12–19. – doi: 10.15593/2224-9877/2020.3.02.
  18. Белопольский М.С. Сушка керамических суспензий в распылительных сушилках. – М.: Стройиздат, 1972. – 126 с.
  19. Поляков А.А., Круглицкий Н.Н. Распылительная сушка в технологии радиоэлектронных материалов. – М.: Радио и связь, 1982. – 70 с.
  20. Лыков М.М., Леончик Б.И. Распылительные сушилки. – М.: Машиностроение, 1966. – 331 с.
  21. Патент 3960545 США, МКИ В 22 F 9/00. Cermet plasma flame spray powder, method for producing same and articles produced the reform / Port D.J., Lafferty W.D., Cheney R.F. (USA); GTE Sylvania Incorporated (USA). – N 561638. – Publ. 01.06.1976.
  22. Патент 4025334 США, МКИ В 22 F 1/00, C 23 C 7/00. Tungsten carbide-cobalt flame spray powder and method / Cheney R.F., Lafferty W.D., Long G. (USA); GTE Sylvania Incorporated (USA). – N 674961. – Publ. 24.05.1977.
  23. Патент 3881911 США, МКИ С 22 C 1/04-1/05, С 04 B 35/52-35/38. Free flowing, sintered refractory agglomerates / Cheney R.F., Lafferty W.D., Long G. (USA); GTE Sylvania Incorporated (USA). – N 411663. – Publ. 06.05.1975.
  24. Stecura S. Effects of yttrium, aluminum and chromium concentrations in bond coatings on the performance of zirconia-yttria thermal barriers // Thin Solid Films. – 1980. – Vol. 73, iss. 2. – P. 481–489. – doi: 10.1016/0040-6090(80)90521-0.
  25. Mrdak M.R. Mechanical properties and metallographic analysis of plasma spray ABS – Ni5.5wt.%Al5wt.%Mo coatings // Vojnotehnicki glasnik / Militaru Technical Courier. – 2019. – Vol. 67, iss. 3. – P. 573– 587. – doi: 10.5937/vojtehg67-17424.
  26. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев В.И. Распыливание жидкости форсунками. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 264 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».