Многослойное изделие

 

%4®3йй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

CO

СР

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5033198/С2 (22) 09.02.92 (46) 15.1 0.93 Бюл. Мя 37-38 (76) Шульга Владимир Петрович (54) МНОГОСЛОЙНОЕ ИЗДЕЛИЕ (57) Использование: в охлаждаемых узлах турбомашин и теплоэнергетических установок Сущность изобретения: предложено многослойное изделие, (л) RU (и) 2000949 С1 (51) 5 В 32 В15 04 содержащее соединенные между собой жаропрочную металлическую основу, керамическое теплозащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку, при этом поверхность металлической основы дополнительно снабжена углублениями, расположенными на расстоянии друг от друга, превышающем в 2 — 3 раза толщину керамического покрытия 2 зл. ф — лы,5 ил

2000949

Изобретение относится к слоистым изделиям и может быть использовано в охлаждаемых узлах и деталях различных турбомашин и теплоэнергетических установок.

Известно многослойное иэделие, содержащее соединенные между собой жаропрочную металлическую основу, керамическое теплозащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку (1).

Недостатки его состоят в том, что покрытие нанесено на гладкую поверхность подложки, в результате чего существующие (вследствие локальных флуктуаций сдвиговой прочности теплозащитного покрытия (ТЗП) с основой) в материале ТЗП неподвижные относительно основы точки-центры, относительно которых происходит деформация окрестных участков ТЗП, располагаются случайным образом и на сравнительно больших расстояниях друг от друга; с ростом внешней (термической) нагрузки их количество уменьшается по нормальному закону Гаусса, а расстояние между ними еще больше возрасгают. Это ведет к экспоненциальному возрастанию растягивающих напряжений в ТЗП и снижению его стойкости против трещин, т.е, к снижению надежности ТЗП и охлаждающего слоистого изделия в целом.

Цель изобретения — повышение надежности иэделия путем увеличения термостойкости покрытия к трещинам при колебаниях температуры омывающей ТЗП среды.

Цель достигается тем, что многослойное изделие содержит соединенные между собой жаропрочную металлическую основу, керамическое теплоэащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку. причем покрываемая поверхность содержит углубления, расположенные на расстояниях, превышающих в 2 — 3 раза толщину керамического покрытия; углубления могут быть выполнены конической формы с углом конуса 80-10 или полусферической формы, На фиг,1 изображено слоистое иэделие с углублениями в основе и беэ шлифовки покрытия; на фиг.2 — то же с углублениями в подложке и со шлифовкой покрытия; на фиг.3 — взаимное расположение углублений; на фиг,4 — углубление конической формы; на фиг.5 — углубление полусферической формы.

Многослойное изделие содержит жаропрочную металлическую основу 1, на наружной поверхности Б которой (см.фиг,1) выполнены углубления 2 на расстояниях а друг от друга (см.фиг,1 и 3). На поверхность

55 о

На поверхности Б основы 1 углубления

2 располагаются (по номинальным размерам) на одинаковом расстоянии а между собой (см.фиг.4), т.е. ближайшие 3 углубления образуют равносторонний треугольник. Но в пределах требования соотношения размеров а/ д=2 — 3 треугольники могут быть неравносторонними, Б и в углубления 2 нанесены промежуточный слой — металлическая подложка 3 и керамическое теплоэащитное покрытие (ТЗП) . 4. Подложка 3 состоит иэ металлического, например никель-хром-алюминий-иттриевого сплава, имеет толщину д1 0,1 мм.

ТЗП состоит иэ окислов металлов типа двуокиси циркония, нанесено способом из окислов металлов типа двуокиси циркония, нанесено способом плазменного напыления после нанесения подложки 3, имееттолщину д 0,3 — 0,5 мм.

В многослойном изделии на фиг.2 и 3 углубления 2 выполнены в подложке 3 после ее нанесения на поверхность Б основы 1 и имеют толщину 0> 0,2 мм. В обоих вариантах отношение а/д выбрано в пределах

2 — 3.

Углубления 2 имеют коническую

20 (cM,ôèã,4) или полусферическую (см.фиг,5) форму, В первом случае угол при вершине конуса а=80 — 100 . Вершина конуса, в также сопряжение углублений с поверхностью Б или Е скруглены радиусом r - 0,1 мм. Вели25 чина углублений h 0.3 мм, Коническая форма обеспечивает меньшее ослабление сечения основы 1, чем полусферическая, и обеспечивает лучшее качество сцепления

ТЗП с подложкой 3 при плазменном способе напыления.

ТЗП имеет пористую структуру, величина пористости составляет 15 . Его толщина д =0,3-0,5 мм определяется из условий требуемой тепловой защиты, т.е, перепада температур на нем, т.е. шаг а-0,61,5 мм, На разных участках изделия потреб. ность в тепловой защите может быть разная. Соответственно этому и толщина

40 покрытия h, а следовательно, и шаг а будут разными, т.к. отношение а/д =2 — 3.

После нанесения ТЗП наружная поверхность В содержит неровности 5, которые образуются в процессе плазменного напы45 пения напротив углублений 2 (см, фиг,1). Неровности 5 могут быть оставлены (см.фиг.1) или удалены шлифовкой поверхности В (см,фиг,2). Однако отношение размеров а/д после шлифовки должно быть в преде50 пах 2 — 3.

2000949

9 иг. Я

В процессе работы наружная поверхность В ТЗП омывается горячей средой, а поверхность Г охлаждается относительно холодной средой, Низкая теплопроводность ТЗП толщиной д (двуокиси циркония) 5 обеспечивает требуемое снижение темпео ратуры основы 1, например, на 200 С, что повышает ее несущую способность и надежность, При теплосменах, например при резком снижении температуры среды со 10 стороны ТЗП, углубления 2 играют роль неподвижных центров (и для ТЗП и для основы

1), относительно которых происходит радиальная деформация ТЗП и основы.

Из-эа разницы в деформациях ТЗП и 15 основы возникают касательные напряжения на границе ТЗП вЂ” основа, направленные радиально от неподвижного центра. Поэтому, чем больше шаг а между ними, тем больше растягивающие (или сжимающие) 20

Формула изобретения

1. МНОГOcfloAHOE ИЗДЕЛИЕ, СОДЕРжаЩЕЕ СОединенные между собой жаропрочную ме- 25 таллическую основу, керамическое теплозащитное покрытие и размещенную между ними металлическую подложку, отличающееся тем, что покрываемая поверхность металлической основы выполнена с 30 углублениями, расположенными друг от напряжения в 1ЗП, и наоборот, Т,е. благодаря наличию углублений 2, минимальному шагу и выбранному отношению а/д -2-3 напряжения в ТЗП существенно меньше, чем по прототипу.

Проведенное расчетно-теоретическое исследование показало, что в ТЗП с данными отличительными признаками в сравнении с ТЗП по прототипу при одних и тех же тепловых нагрузках растягивающие напряжения снижаются на 50 — 70, что свиде тельствует о существенном повышении вго термостойкости. а следовательно, и повышении надежности охлаждаемого многослойного изделия, (56) Экспресс-информация N. 43. Серия

"Авиационное двигателестроение. Материалы и технологические процессы". 1987, с.6-8. друга на расстоянии, превышающем в 2 - 3 раза толщину керамического покрытия.

2. Иэделие по п.1, отличающееся тем, что углубления выполнены конической формы с углом конусности 80- 100 .

3. Изделие по п.1, отличающееся тем, что углубления выполнены полусферической формы.

2000949

9 иаЗ

Составитель В.Шульга

Редактор)Т. Самерханова Техред М.Моргентал Корректор О Густи

Заказ 3104

Тираж Подписное

ИГ10 "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101