Притуляк Анастасія Анатоліївна. Структуроутворення та шляхи підвищення функціональних властивостей термобар'єрних газотермічних покриттів з ZrO2 на сплавах Ti-Al

Короткий опис

Притуляк Анастасія Анатоліївна. Структуроутворення та шляхи підвищення функціональних властивостей термобар'єрних газотермічних покриттів з ZrO2 на сплавах Ti-Al : Дис... канд. наук: 05.02.01 2008

Притуляк А. А. Структуроутворення та шляхи підвищення функціональних властивостей термобар’єрних газотермічних покриттів з ZrO2на сплавах Ti-Al. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01. Матеріалознавство. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2008.
Дисертацію присвячено дослідженню структуроутворення термобар’єрних покриттів та визначенню основних шляхів підвищення їхніх функціональних властивостей.
В роботі досліджено структруро- і фазоутворення порошків діоксиду цирконію при отриманні їх спільним осадженням гідроксидів та за кріохімічною технологією. Показано, що порошок, отриманий кріосушкою суспензії має оптимальні властивості для плазмового напилення термобар’єрного покриття. Плазмовим методом напилено зовнішній теплозахисний шар з порошків ZrO2, отриманих за різними технологіями. Встановлено, що покриття, напилене з порошку, отриманого за кріохімічною технологією, має в 1,8 разів нижчу теплопровідність, ніж покриття з комерційного порошку ЦИ-7, запропоновано модель залежності теплопровідності від пористої структури покриття. Встановлено, що покриття з кріохімічного порошку має вищу тріщиностійкість та пластичність за рахунок наслідування дрібної структури вихідного порошку. Детонаційним методом нанесено покриття-зв’язку з порошків Ti-54Al-5Cr-Sc, 66Al-9Cr-25Ti, на підкладки з ВТ-16 та г TiAl, проведено термоциклічні випробування отриманих зразків.
Вивчено структуру та фазоутворення окалини на сплавах Ti-54Al-5Cr-Sc, 66Al-9Cr-25Ti в процесі їх окислення в повітряній атмосфері при температурах 900-1000 C та зроблено висновки відносно впливу зовнішнього керамічного шару покриття на механізм утворення окалини. Показано, що поведінка TiAlCr покриттів в процесі високотемпературного окислення залежить від складу підкладки, який, в свою чергу, визначає характер дифузійних процесів на межі розділу покриття-підкладка. У випадку підкладки зі сплавів, збагачених титаном, має місце дифузія Al і Cr з покриття, а Ti в покриття. При цьому на поверхні покриття формується оксидний шар, що складається з TiO2та Al2O3. У випадку г TiAl підкладки на поверхні TiAlCr покриття формується захисний шар лише з Al2O3.
Результати досліджень важливі для поглиблення знань про механізми окислення сплавів на основі алюмінідів титану і можуть бути корисними при розробці жаростійких покриттів з інтерметалідів титану. Як підсумок було розроблено темробар’єрне покриття для захисту деталей з г TiAl із зовнішнім шаром з наноструктурного ZrO2та з’єднуючим шаром з алюмінідів титану.
Атестаційні випробування, проведені на АНТК ім. О.К. Антонова показали, що розроблене покриття має підвищений ресурс роботи та рекомендоване для подальшої перевірки в промислових умовах.

1. Досліджено умови отримання за кріохімічною технологією порошку ZrO2, частково стабілізованого Y2O3, та його властивості в порівнянні з властивостями комерційного порошку ЦИ-7, отриманого співосадженням гідроксидів з повітряною сушкою осадів. Використання кріохімічної технології дозволяє отримати наноструктурований порошок частково стабілізованого діоксиду цирконію.
2. Підібрано оптимальні режими плазмового напилення ZrO2покриттів з розробленого та комерційного порошків на підкладки з титанових сплавів різного складу. Визначено режими детонаційного напилення TiAlCr шару зв’язки, які дозволяють отримати покриття з мінімальною пористістю.
3. Показано, що внаслідок дії фактору спадкоємності структура покриттів з кріопорошку дрібніша, з більш рівномірно розподіленою пористістю та з більшою щільністю меж зерен. Покриття з кріохімічного порошку мають теплопровідність в 1,8 разів меншу, ніж покриття з порошку ЦИ-7.
4. Запропоновано модель теплопровідності пористих покриттів, яка враховує не лише відносний об’єм пор, але й їхній розмір. Запропоновано поняття критичний розмір пор за заданої пористості”, що відповідає максимальному розміру пор, за якого теплопровідність починає залежати не лише від загальної пористості, але й від розміру пор.
5. Досліджено дифузійні та окислювальні процеси при формуванні ТБП з TiAlCr зв’язуючим шаром на підкладках з алюмінідів титану та Ti - сплавів. Показано, що поведінка TiAlCr покриттів в процесі високотемпературного окислення залежить від складу підкладки, який в свою чергу визначає характер дифузійних процесів на межі розділу покриття-підкладка.
6. Встановлено, що напилення ТБП з кріохімічного порошку в порівнянні з використанням порошку ЦИ-7 дозволяє знизити інтенсивність росту та товщину термозростаючого оксидного шару (ТЗО) Al2O3, що формується при окисленні зв’язуючого шару покриття.
7. Розроблено термобар’єрне покриття з підвищеними характеристиками для захисту деталей з г TiAl. Покриття складається із зовнішнього, напиленого плазмовим методом, керамічного шару ZrO2, та напиленого детонаційним методом шару зв’язки зі сплавів на основі системи Ti-Al-Cr.
Поєднання плазмового та детонаційного шарів ТБП дозволяє забезпечити отримання пористого зовнішнього шару з низькою теплопровідністю та щільного з’єднуючого шару з підвищеними жаростійкістю, теплопровідністю та механічними властивостями.
Розроблене покриття пройшло атестаційні випробування на АНТК ім. О.К. Антонова, де показало підвищений ресурс роботи та було рекомендоване для подальшої перевірки в промислових умовах.