Проектирование многокомпонентных жаростойких покрытий монокристаллических лопаток ГТД на основе оценки их структурной и фазовой стабильности

• Автор: Зайцев, Николай Агафангелович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ. ЗАЩИТА ЛИТЫХ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН ОТ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОРРОЗИИ
1.1 Жаропрочные сплавы на никелевой основе для литых лопаток газотурбинных двигателей
1.2 Принципы легирования литых никелевых жаропрочных сплавов для равноосной кристаллизации
1.3 Литые лопатки ГТД, полученные методом направленной кристаллизации
1.4 Жаропрочные никелевые сплавы для монокристаллического литья 1-4 поколения
1.5 Особенности легирования монокристаллических ренийсодержащих жаропрочных никелевых сплавов
1.6 Защитные жаростойкие покрытия для лопаток газовых турбин из жаропрочных никелевых сплавов
1.7 Основные требования, предъявляемые к жаростойким и теплозащитным покрытиям
1.8 Классификация жаростойких покрытий
1.9 Диффузионные покрытия
1.10 Покровные покрытия
1.11 Ионно - плазменные методы нанесения покрытий
1.12 Промышленные технологии защиты жаропрочных никелевых сплавов от высокотемпературной коррозии
1.13 Аттестация высокотемпературных покрытий для лопаток ГТД
1.14 Фазовый состав и исчерпание ресурса жаростойких алюминид-ных покрытий
1.15 Влияние ТПУ-фаз на работоспособность изделий с жаростойкими
покрытиями
1.16 Краткие выводы к 1-й главе, цели и задачи работы
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В СИСТЕМЕ: МАТЕРИАЛ ЛОПАТКИ -БАРЬЕРНЫЙ СЛОЙ - ЖАРОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ
2.1 Дендритная ликвация в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах
2.2 Комплексное определение коэффициентов диффузии легирующих элементов в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах
2.3 Исходные данные для определения коэффициентов диффузии элементов в многокомпонентных металлических системах Ni-сплавов
2.4 Моделирование диффузионного процесса при проведении гомогенизации монокристаллического жаропрочного сплава
2.5 Приближенная оценка влияния температуры на коэффициенты диффузии легирующих элементов в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах
2.6 Определение коэффициентов диффузии легирующих элементов монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов, имеющих малые концентрации
2.7 Краткие выводы по 2-й главе
3. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНОЙ И ФАЗОВОЙ СТАБИЛЬНОСТИ. ПОСТРОЕНИЕ МНОГОФАКТОРНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА СЛУЖЕБНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ И ЖАРОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

3.1 Методы оценки структурной и фазовой стабильности жаропрочных никелевых сплавов и композиций
3.2 МетодРНАСОМР
3.3 Уравнение баланса легирования
3.4 Метод New РНАСОМР
3.5 Методика построения многофакторных зависимостей служебных характеристик жаропрочных сплавов и жаростойких покрытий от химического состава
3.6 Количество и химический состав у'-и у
3.7 Расчет коэффициентов распределения между у-твердым раствором и у-фазой в жаропрочных никелевых сплавах
3.8 Использование информационной технологии конфлюэнтного анализа служебных характеристик жаропрочных никелевых сплавов
3.9 Сравнение результатов расчета служебных характеристик жаропрочных никелевых сплавов с использованием информационной технологии конфлюэнтного анализа
3.10 Краткие выводы к 3-й главе
4. РАСЧЕТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БАРЬРНОГО СЛОЯ И ЖАРОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ИСХОДЯ ИЗ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА
И УСЛОВИЙ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1 Методика расчета многослойных жаростойких покрытий
4.2 ТПУ-фазы, образующиеся под жаростойким покрытием в моно-кристаллическом жаропрочном никелевом сплаве
4.3 Диффузионная модель «лопатка - барьерный слой - покрытие»
4.4 Решение обратной задачи по расчету химического состава барьерного слоя и жаростойкого покрытия
4.5 Расчет остаточной концентрации элементов наружного слоя жаростойкого покрытия за счет окисления с поверхности

Хромовые диффузионные покрытия обеспечивают существенно лучшую защиту лопаток из жаропрочных сплавов, как от сульфидной коррозии, так и от эрозии, по сравнению с алюминидными покрытиями. Особенности диффузионного насыщения хромом: пониженная, по сравнению с А1 скорость диффузии, в связи, с чем хромирование производится при более высоких температурах: 1100 -1200 °С, высокая поверхностная твердость и повышенная по сравнению с алитированной хрупкость слоя.
Диффузионное хромирование осуществляется так же, как и алитирова-ние, в порошках и шликерным методом в смесях, содержащих NH4C1 или NH4J [40,41,42].
Наиболее распространены в шликерной технологии порошки интерме-таллидов CoAl, ß -NIAI различного стехиометрического состава, порошки сплава Сг -А1, силицидов, металлического иттрия, РЗМ. Температура формирования покрытий на сплавах изменяется от 950 до 1250 °С, а время термической обработки в вакууме или в аргоне составляет от 30 мин до 10 часов.
Основным элементом всех жаростойких покрытий является, как известно, алюминий, который используется для образования защитной оксидной плёнки а -А120з. В диффузионных покрытиях содержание алюминия обычно находится на уровне 15...25%. Такое содержание алюминия обеспечивает формирование плёнки оксида а -А1203 при окислении и достаточную пластичность алюминидов никеля (кобальта). Толщина покрытий на лопатках не превышает 0,06 мм, а для некоторых авиадвигателей - 0,04 мм. Вторым важнейшим компонентом покрытий является хром, который обеспечивает формирование плёнки а -А1203 при пониженном содержании алюминия и входит в состав защитной плёнки на основе шпинели Ni(Cr, А1)204. Содержание хрома в высокотемпературных покрытиях обычно находится на уровне
7...20%. Существенное значение имеет кремний, который вводят для повышения жаростойкости при высокотемпературном окислении и солевой коррозии. К вредным примесям в покрытиях относятся кислород, азот, кальций,