Способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава


 


Владельцы патента RU 2581546:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к напылению теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии. Способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава включает формирование на поверхности изделия из никелевого сплава композитного градиентного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины. Формирование упомянутого градиентного слоя со структурой металл-оксид осуществляют путем осаждения градиентного переходного слоя, содержащего металлическую фазу на основе никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой поверхности изделия, и диэлектрическую фазу, содержащую оксиды циркония разной стехиометрии, при этом используют магнетронную систему с двумя магнетронами. С помощью первого магнетрона распыляют первую мишень из никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов. Градиентный переходный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней. Сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона с обеспечением превышения интенсивности атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, над интенсивностью атомного потока от упомянутой второй мишени с формированием сплошного металлического слоя, затем осуществляют распыление в присутствии кислорода с образованием в напыляемой пленке оксида циркония при неокисленном никелевом сплаве. При напылении парциальное давление кислорода плавно увеличивают до давления 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего мишень из никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения. Обеспечивается плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.

 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.

В настоящее время, при создании покрытия с заданными свойствами методом послойного напыления, образуются межфазные макроскопические границы в плоскостях, параллельных обрабатываемой поверхности, и при циклических термонагрузках разница в значениях коэффициентов термического расширения может привести к расслоению покрытия и его разрушению.

Известен способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава композитного градиентного слоя со структурой металл-оксид и напыления пленки оксида циркония до достижения им требуемой толщины (BY 13516 С1, МПК: С23С 4/04, 30.08.2010 - прототип).

Недостатком способа является возможность получения сквозной пористости, приводящей к коррозии подложки и к разрушению покрытия. Кроме этого, в процессе послойного напыления образуются межфазные границы в плоскостях, параллельных поверхности, и при циклических термонагрузках разница в значениях коэффициентов термического расширения может привести к расслоению покрытия и его разрушению.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа нанесения покрытия из оксида

циркония на поверхность изделия из никелевого сплава, применение которого позволит сформировать плавный переход от металлического материала к оксидному покрытию без межфазной границы макроскопического размера.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава, включающем формирование на поверхности изделия из никелевого сплава композитного градиентного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины, согласно изобретению формирование упомянутого градиентного слоя со структурой металл-оксид осуществляют путем осаждения градиентного переходного слоя, содержащего металлическую фазу на основе никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой поверхности изделия, и диэлектрическую фазу, содержащую оксиды циркония разной стехиометрии, при этом используют магнетронную систему с двумя магнетронами, причем с помощью первого магнетрона распыляют первую мишень из никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов, а градиентный переходный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона с обеспечением превышения интенсивности атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, над интенсивностью атомного потока от упомянутой второй мишени с формированием сплошного металлического слоя, затем осуществляют распыление в присутствии кислорода с образованием в напыляемой пленке оксида циркония при неокисленном никелевом сплаве, при этом при напылении парциальное давление кислорода плавно увеличивают до давления 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего мишень из никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Для повышения адгезионной прочности покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, напыляемого на металлические сплавы, создают переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности, и диэлектрическую фазу, собственно оксид циркония различной стехиометрии. Соотношение фаз в переходном слое обеспечивают не постоянным, а изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки. В результате создания такого градиентного слоя формируется плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.

Для создания указанного градиентного переходного слоя используется магнетронная система с двумя магнетронами. Первый магнетрон распыляет мишень, состав которой соответствует составу металлического изделия, никелевый сплав ХН71МТЮБ, а второй магнетрон распыляет мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов, например иттрий. Первоначальное распыление мишеней осуществляется в атмосфере аргона, причем интенсивность атомного потока, сформированного от никелевой мишени, превышает интенсивность атомного потока от циркониевой мишени. После формирования первичного сплошного металлического слоя в рабочую камеру добавляется кислород, после чего процесс напыления приобретает характер реактивного - в напыляемой пленке начинает образовываться оксид. В силу различных значений энергий связи в оксиде никеля и оксиде циркония в формирующемся покрытии происходит образование оксида циркония, в то время как никель остается неокисленным.

Таким образом, в результате одновременного распыления никелевого сплава и циркония в смешанной кислородно-аргонной атмосфере происходит напыление композитного материала металл-оксид. В процессе напыления парциальное давление кислорода плавно

увеличивается до давления 1,5*10-3 Па, а мощность магнетрона, распыляющего металлический сплав, уменьшается вплоть до его полного отключения. После этого продолжается напыление чистого оксида циркония до достижения им требуемой толщины.

В этом случае формируемый градиентный слой является не только композитным, но и наноструктурированным, поскольку характерные размеры включений каждой фазы составляют от единиц до нескольких десятков нанометров, в зависимости от объемной доли фазы.

Полученная наноструктурированность не только повышает механическую прочность покрытия, но и приводит к изотропному распределению внутренних напряжений при циклических термонагрузках, что повышает жаропрочность и жаростойкость покрытия.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ нанесения оксидного покрытия на металлическую поверхность, применение которого позволит сформировать плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера, что, в конечном итоге, позволит повысить механическую прочность покрытия, и приведет к изотропному распределению внутренних напряжений при циклических термонагрузках, что позволит повысить жаропрочность и жаростойкость покрытия.

Способ нанесения покрытия из оксида циркония на поверхность изделия из никелевого сплава, включающий формирование на поверхности изделия из никелевого сплава композитного градиентного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины, отличающийся тем, что формирование упомянутого градиентного слоя со структурой металл-оксид осуществляют путем осаждения градиентного переходного слоя, содержащего металлическую фазу на основе никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой поверхности изделия, и диэлектрическую фазу, содержащую оксиды циркония разной стехиометрии, при этом используют магнетронную систему с двумя магнетронами, причем с помощью первого магнетрона распыляют первую мишень из никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов, а градиентный переходный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона с обеспечением превышения интенсивности атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, над интенсивностью атомного потока от упомянутой второй мишени с формированием сплошного металлического слоя, затем осуществляют распыление в присутствии кислорода с образованием в напыляемой пленке оксида циркония при неокисленном никелевом сплаве, при этом при напылении парциальное давление кислорода плавно увеличивают до давления 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего мишень из никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к совместному распылению сплавов и соединений и к установке для упомянутого распыления и может быть использовано для получения пленок с требуемыми свойствами.

Изобретение относится к способу защиты от окисления биполярных пластин топливных элементов и коллекторов тока электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), заключающемуся в предварительной обработке металлической подложки, нанесении на обработанную металлическую подложку электропроводного покрытия благородных металлов методом магнетронно-ионного напыления.

Изобретение относится к ионно-плазменной технике и предназначено для нанесения покрытий металлов и их соединений на поверхности тел вращения, в частности изделий цилиндрической формы в вакууме.

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава.

Изобретение относится к дуговому устройству для испарения материала при обработке подложки. Устройство содержит катод, анод, источник напряжения для создания на аноде положительного потенциала относительно катода.

Мишень для ионно-плазменного распыления выполнена на основе оксида металла и содержит углерод. Концентрация углерода в мишени выбрана из условия обеспечения при температуре распыления теплового эффекта от экзотермической реакции при окислении углерода кислородом оксида металла и свободным кислородом в зоне распыления, меньшего интегрального теплоотвода в упомянутой зоне, и составляет 0,1-20 ат.% .

Изобретение относится к нанесению покрытий вакуумным напылением. Способ изготовления распыляемой мишени магнетронного источника для нанесения покрытия включает выполнение углубления в металлической основе распылением материала металлической основы в магнетронном источнике и заполнение углубления материалом покрытия.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения коррозионной стойкости лопаток компрессора газотурбинных двигателей, а также может быть использовано в области создания накопителей и преобразователей энергии на основе суперконденсаторов с алюминиевыми электродами.

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления.

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе платины для использования в электродах электрохимических устройств. Данный способ включает предварительную очистку носителя ионным травлением, нанесение промежуточного слоя и последующее магнетронное напыление из по меньшей мере одной мишени на основе платины в вакууме в плазме основного газа с добавкой реакционного газа.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для нанесения покрытий на абразивные зерна, и может быть применено в инструментальном производстве. Устройство состоит из вакуумной камеры с системой откачки. В вакуумной камере размещен роторный загрузочный дозатор. Магнетронная система для распыления материала покрытия размещена в барабане. Барабан собран из дугообразных пластин в виде наклонного цилиндра. Пластины частично перекрывают друг друга в одном направлении. На участках перекрытия между пластинами выдержаны зазоры, образующие перепады между поверхностями дугообразных пластин. Перепады интенсифицируют процесс перемешивания порошка при его металлизации и упрощают выгрузку металлизированного порошка через зазоры при изменении направления вращения барабана. Устройство позволяет интенсифицировать процесс перемешивания алмазных порошков, что повышает качество металлизации, а также исключает агрегацию частиц порошка и технологические потери дорогостоящих алмазных частиц. 2 ил.
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии. Наноструктурное композитное покрытие из оксида циркония, стабилизированного иттрием, наносят на поверхности из никелевого сплава методом ионно-лучевого напыления. Покрытие содержит градиентный переходной слой из градиентного нанокомпозитного материала, содержащего две фазы: металлическую фазу с составом, соответствующим составу защищаемой поверхности из никелевого сплава, и оксид циркония различной стехиометрии. Указанный слой содержит оксид циркония при неокисленном никелевом сплаве. Соотношение фаз в переходном слое изменяется с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки. Изобретение позволяет сформировать плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ нанесения теплозащитного покрытия на рабочие поверхности детали газотурбинной установки включает нанесение плазменным напылением на предварительно подготовленные поверхности детали из сплава на основе никеля покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, причем нанесение покрытия осуществляют созданием в нем градиентного переходного слоя с помощью двух магнетронов, при этом посредством первого магнетрона распыляют первую мишень из сплава на основе никеля, состав которого соответствует составу сплава детали, а посредством второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками иттрия, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, чтобы интенсивность атомного потока, сформированного от первой мишени, превышала интенсивность атомного потока, сформированного от второй мишени, после формирования на поверхности детали сплошного металлического слоя в рабочую камеру подают кислород для формирования в напыляемом покрытии оксида циркония, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона уменьшают до его полного отключения, затем продолжают напыление до формирования оксида циркония, стабилизированного иттрием, требуемой толщины. В результате получают наноструктурированное покрытие, содержащее металлическую фазу с составом, соответствующим составу сплава защищаемой поверхности детали, и фазу из оксида циркония, стабилизированного иттрием, причем доля оксидной фазы в переходном слое по мере увеличения толщины пленки возрастает, обеспечивая плавный переход от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера. Изобретение направлено на формирование на рабочих поверхностях покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ нанесения теплозащитного покрытия на рабочие поверхности детали лопастной машины включет нанесение плазменным напылением на предварительно подготовленные поверхности детали из сплава на основе никеля покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, причем нанесение покрытия осуществляют созданием в нем градиентного переходного слоя с помощью двух магнетронов, при этом посредством первого магнетрона распыляют первую мишень из сплава на основе никеля, состав которого соответствует составу сплава детали, а посредством второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующего элемента иттрия, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, чтобы интенсивность атомного потока, сформированного от первой мишени, превышала интенсивность атомного потока, сформированного от второй мишени, после формирования на поверхности детали сплошного металлического слоя в рабочую камеру подают кислород для формирования в напыляемом покрытии оксида циркония, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона уменьшают до его полного отключения, затем продолжают напыление до формирования оксида циркония, стабилизированного иттрием, требуемой толщины, при этом получают наноструктурированное покрытие, содержащее металлическую фазу с составом, соответствующим составу сплава защищаемой поверхности детали, и фазу из оксида циркония, стабилизированного иттрием, с возрастающей от поверхности детали долей фазы оксида циркония. Применение предложенного способа направлено на формирование плавного перехода от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера, что позволит сформировать на рабочих поверхностях деталей покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ нанесения теплозащитного покрытия на рабочие поверхности детали газотурбинной установки включает нанесение плазменным напылением на предварительно подготовленные поверхности детали из сплава на основе никеля покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, причем нанесение покрытия осуществляют созданием в нем градиентного переходного слоя с помощью двух магнетронов, при этом посредством первого магнетрона распыляют первую мишень из сплава на основе никеля, состав которого соответствует составу сплава детали, а посредством второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующего элемента иттрия, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, чтобы интенсивность атомного потока, сформированного от первой мишени, превышала интенсивность атомного потока, сформированного от второй мишени, при этом после формирования на поверхности детали сплошного металлического слоя в рабочую камеру подают кислород для формирования в напыляемом покрытии оксида циркония, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона уменьшают до его полного отключения, затем продолжают напыление до формирования оксида циркония, стабилизированного иттрием, требуемой толщины, при этом получают наноструктурированное покрытие, содержащее металлическую фазу с составом, соответствующим составу сплава защищаемой поверхности детали, и фазу из оксида циркония, стабилизированного иттрием, с возрастающей от поверхности детали долей фазы оксида циркония. Изобретение направлено на повышение адгезии и когезии покрытия.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ нанесения теплозащитного покрытия на рабочую поверхность детали из сплава на основе никеля включает нанесение плазменным напылением на предварительно подготовленные поверхности детали покрытия из оксида циркония, стабилизированного иттрием, причем нанесение покрытия осуществляют созданием в нем градиентного переходного слоя с помощью двух магнетронов, при этом посредством первого магнетрона распыляют первую мишень из сплава на основе никеля, состав которого соответствует составу сплава детали, а посредством второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующего элемента иттрия, причем сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона таким образом, чтобы интенсивность атомного потока, сформированного от первой мишени, превышала интенсивность атомного потока, сформированного от второй мишени, при этом после формирования на поверхности детали сплошного металлического слоя в рабочую камеру подают кислород для формирования в напыляемом покрытии оксида циркония, при этом в процессе напыления парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5·10-3 Па, а мощность первого магнетрона уменьшают до его полного отключения, затем продолжают напыление до формирования оксида циркония, стабилизированного иттрием, требуемой толщины, при этом получают наноструктурированное покрытие, содержащее металлическую фазу с составом, соответствующим составу сплава защищаемой поверхности детали, и фазу из оксида циркония, стабилизированного иттрием, с возрастающей от поверхности детали долей фазы оксида циркония. Применение предложенного способа направлено на формирование плавного перехода от металлического материала к оксиду без межфазной границы макроскопического размера, что позволит сформирования на рабочих поверхностях покрытие, имеющее достаточно высокие значения адгезии и когезии.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения покрытий с использованием магнетронного распыления металлов, и может быть использовано для получения износостойких покрытий металлических деталей трения, в частности для компрессора газотурбинных двигателей и установок. Способ получения износостойкого покрытия на поверхности металлического изделия включает нанесение покрытия из сплава системы NiCrAlY с последующим нанесением на него керамического слоя магнетронным распылением мишени из сплава циркония, содержащего редкоземельные элементы, в среде аргона и кислорода. Осуществляют нанесение керамического слоя на основе стабилизированного оксида циркония со столбчатой структурой и открытыми порами, который насыщают дисульфидом молибдена или вольфрама в процессе катафореза. Нанесение керамического слоя магнетронным распылением мишени осуществляют из сплава циркония, содержащего, мас.%: иттрий 2-7,5, гадолиний 2-7,5, цирконий - остальное. Увеличивается износостойкость насыщенных сульфидами покрытий. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Наверх