Моделирование и исследование свойств новых многослойных функциональных покрытий лопаток ГТУ методами количественого рентгеноспектрального микроанализа

• Автор: Мошников, Алексей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 227 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
едение
Современное состояние и тенденции развития термоустойчивых защитных крытий. Требования к аналитическим методам их исследования, (обзор
гературы)
Физико-химические основы и перспективы создания защитных покрытий с вышенной жаростойкостью и жароустойчивостью. Новые задачи их
агностики
I Многослойные многокомпонентные защитные слои в газотурбинных гановках для тепловых
;кгростанций
Современный количественный рентгеноспектральный
кроанализ
. 1 Физические основы рентгеноспектрального
микроанализа
.2 Методы количественной обработки результатов
РСМА
2.1 Методы количественного РСМА на основе моделирования траекторий
движения электронов в твердом теле Монте-Карло)
.2.2 Интерполяционные методы на основе эмпирической коррекции (метод а-
яээффициентов, метод изогипс)
Выводы
Разработка количественной имитационной модели рентгеноспектрального кроанализа для исследования многокомпонентных металлических
давов
Выбор модели Монте-Карло и разработка программного обеспечения
Программа имитационного моделирования взаимодействия электронов с цеством при количественном РСМА
1 Условия применения
2 Состав и функции
Принципы эмпирической корректировки моделей имитационного
иоделирования и разработка методики корректировки
Тестирование и применение модели для количественного РСМА
чногокомпонентных металлических сплавов
Выводы
Специальные методики количественного рентгеноспектрального чикроанализа
- модели для количественного РСМА многокомпонентных материалов
особенности, ограничения и возможности)
Нелинейный интерполяционный метод
Исследование многокомпонентных материалов системы 8п-1п-8е-Те, голученных металлкерамическим методом
Способ контроля содержания многокомпонентных фаз близкого состава
.1 Особенности диагностики структуры «ВТСП-пленка - подложка»
.2 Методика анализа ВТСП образцов
Выводы
Анализ лопаток энергетических газотурбинных установок
Коррозионные повреждения лопаток
Модель коррозионных процессов в защитных покрытиях с внешним
керамическим слоем
Рекомендации, вытекающие из построенной модели
Выводы
Особенности анализа защитных покрытий с внешним теплобарьерным
слоем
Особенности протекания диффузии в теплобарьерных
покрытиях
Обсуждение результатов модели вынужденной диффузии примеси в
ограниченном теле с частично связывающими границами
Разработка методик диагностики пористых покрытий
Анализ межзеренной сегрегации в пористых покрытиях
Выводы
ключение
исок цитируемой литературы
шложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Прогресс в создании новых материалов, способных работать при более высоких температурах, предопределяет развитие атомной, авиационной и ракетной промышленности, металлургического, термического и химического оборудования, энергетического машиностроения и др. Приоритетными направлениями высокотемпературного материаловедения является: разработка интерметаллических сплавов с упорядоченной структурой; разработка специальных керамических материалов (в сочетании с
поисковыми исследованиями возможностей самозалечивания дефектов керамики, возникающих при механических и тепловых нагрузках); разработка композиционных материалов на основе твердотельных матриц со случайным или упорядоченным распределением частиц другого материала; а также разработка функциональных защитных (антикоррозионных, антиэрозионных, теплобарьерных, противодиффузионных) покрытий.
В современном газотурбиностроении повышение ресурса надежности эксплуатации лопаточного аппарата в условиях повышенных температур и агрессивной среды осуществляется с помощью многослойных защитных покрытий. При этом возникают новые, ранее неизученные
материаловедческие задачи, связанные с увеличением многокомпонентности используемых систем, их фазовой стабильностью, необходимостью учета диффузии между слоями и химического взаимодействия между ними. Структурные преобразования сопровождаются изменениями механических свойств, ухудшением адгезии, отслаиванием. Массоперенос в слоях и массообмен с рабочей атмосферой характеризуется процессами выделения преципитатов и образования вакансионных кластеров и пор, которые с возрастанием концентрации могут существенно влиять на коррозионную стойкость, эрозионную устойчивость и теплозащитные свойства покрытий.
Создание новых многослойных функциональных покрытий и
эффективная диагностика ресурса надежности эксплуатируемых

близостью значений ТКЛР керамики и металла. Этим достигается снижение уровня остаточных напряжений в ТЗП и, соответственно, повышение его долговечности.
Наиболее широкое распространение в качестве материала керамического слоя получил диоксид циркония.
С целью предотвращения окисления жаропрочного сплава перед осаждением керамического слоя на защищаемое изделие наносится покрытие (подслой) МеСгА1У, которое помимо высокой жаростойкости, должно обладать достаточной пластичностью для компенсации напряжений, возникающих между керамическим слоем и основным металлом. В процессе окисления на границе подслоя с керамическим покрытием образуется пленка, состоящая в основном из оксида алюминия. Близость ТКЛР оксида алюминия и диоксида циркония заметно повышает адгезионные характеристики и термостойкость керамического слоя по сравнению с тем случаем, когда на границе раздела формируется оксид никеля (это происходит в том случае, когда керамический слой наносится непосредственно на защищаемый жаропрочный сплав).
Главная трудность в практическом использовании ТЗП состоит в том, что пока не удается обеспечить в течение длительного времени при циклических изменениях температуры сплошность керамики и ее адгезию с материалом внутреннего слоя. Это обусловлено многими причинами, главными из которых являются термические напряжения, возникающие в покрытии при нанесении и эксплуатации, процессы окисления и коррозии металлического жаростойкого подслоя, которые усугубляются диффузионными процессами на границе контакта металл/керамика.
В настоящее время основными методами получения ТЗП на лопатках ГТД являются плазменное напыление и электронно-лучевое испарение и конденсация в вакууме. Для нанесения ТЗП могут также использоваться