автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка высокоресурсных плазменных теплозащитных покрытий на основе оксида циркония для камер сгорания ГТД

На правах

г81Э

Абосдслл Алажале Мох. Мосбах

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИРКОНИЯ ДЛЯ КАМЕР СГОРАНИЯ ГТД

Специальности

05 07 05 -Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки

летательных аппаратов 05 02 01 — Материаловедение (машиностроение)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Казань 2006

003067819

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете

им А Н Туполева

Научные руководители доктор технический наук, профессор

Лунев Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент Ильинкова Татьяна Александровна

Официальные оппоненты доктор технический наук, профессор

Гафуров Руханил Абдулкадырович, доктор технический наук, профессор Хабибуллин Иршат Гиниатович Ведущее предприятие ОАО Казанское моторостроительное

производственное объединение (КМПО)

Защита состоится «24» января 2007г в 10 часов на заседании

диссертационного совета Д212 079 02 в Казанском государственном

техническом университете им АН Туполева по адресу 420111, г Казань, ул К Маркса, д 10

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Казанского государственного технического университета им А Н Туполева

Автореферат разослан « 2ч л декабря 2006 г

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент ^ •^'с; Каримова А Г

Актуальность

Актуальной научно-технической проблемой является проблема снижения воздействия высокой температуры на основной металл деталей камеры сгорания, сопловых, рабочих лопаток турбины ГТД Решение этой проблемы способствует повышению надежности и ресурса всего изделия Снижение рабочей температуры материала камеры сгорания возможно за счет применения теплозащитных покрытий (ТЗП), которые чаще создаются двухслойными внешний слой, собственно теплозащитный из оксидной керамики и подслой из жаростойкого сложнолегированного сплава на никелевой основе

Наиболее приемлемым способом нанесения ТЗП на внутреннюю поверхность камеры сгорания, имеющую большую площадь, можно считать метод воздушно-плазменного напыления Этот вид покрытия позволит значительно снизить температуру и устранить местные перегревы на внутренней поверхности камеры сгорания, стенках жаровых труб, газосборнике двигателя Применяющая в настоящее время окраска этих поверхностей жаростойкими эмалями не позволяет повысить работоспособность этих деталей

Работоспособность покрытия в значительной степени зависит от характеристик применяемых порошковых материалов, в частности состава, размера и формы порошков, а также параметров напыления

Кроме этого, работоспособность покрытия зависит от условий эксплуатации и назначения изделия В отличие от ракетных двигателей, назначенный ресурс которых измеряется в минутах, газотурбинный двигатель должен работать сотни и тысячи часов В современных авиационных газотурбинных двигателях используются камеры сгорания с большим ресурсом Именно в таких камерах сгорания конструкторами ставится задача нанесения «толстых» ТЗП с толщиной теплозащитного слоя 300 мкм и более Однако с увеличением толщины возрастает количество дефектов в покрытии, а также уровень остаточных напряжений, что резко

снижает долговечность покрытий Таким образом, проблема совершенствования технологии нанесения ТЗП, обеспечивающей повышение толщины покрытия при сохранении качества является актуальной

Целью работы является разработка «толстых» теплозащитных покрытий большого ресурса, напыленных воздушно-плазменным методом, для камеры сгорания ГТД

В соответствии с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи

• разработать методику комплексного исследования порошков и системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие»,

• установить взаимосвязь характеристик порошковых материалов со свойствами покрытий и системы в целом,

• установить закономерности деградации и разрушения ТЗП в условиях термоциклирования и изотермической выдержки, связанные с характеристиками порошков и покрытий,

• установить виды механизмов разрушения изученных систем покрытий,

• разработать расчетные модели теплопроводности и напряженно-деформированного состояния покрытий на защитном экране камеры сгорания ГТД,

• осуществить научно-обоснованный выбор порошкового материала для напыления толстых ТЗП большого ресурса

Научная новизна

• Методика комплексного исследования новых порошковых материалов и системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие»

• Установленные взаимосвязи характеристик новых порошковых материалов со свойствами покрытий и системы в целом

• Закономерности деградации и разрушения исследованных ТЗП в условиях термоциклирования и изотермической выдержки, связанные с характеристиками порошков и покрытий

• Установленные виды механизмов разрушения изученных систем покрытий

• Расчетные модели теплопроводности и напряженно-деформированного состояния покрытий на защитном экране камеры сгорания ГТД

Практическая ценность работы

1 Разработана методика комплексного исследования системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие», позволяющая осуществить научно-обоснованный выбор порошковых материалов для ТЗП, а также создать в производственных условиях ТЗП высокой работоспособности с толщиной не менее 400 мкм с применением отечественного серийного оборудования для плазменного напыления

2 Результаты исследований использованы при разработке нового технологического процесса нанесения ТЗП детали камеры сгорания НК-38СТ

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на

XII и XIV Международных молодежных научных конференциях, «Туполевские чтения», Казань КГТУ им А Н Туполева, 2004, 2006 гг ,

- Международной научно- технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», Донецк, 2005,

- XVII Всероссийской Межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, мат-лов и изделий», Казань, 2005,

- 1-й и 2-й Научно-технических конференциях зарубежных аспирантов и магистрантов КГТУ им А Н Туполева, 2005, 2006 гг ,

- VIII Всероссийской студенческой конференции «Королевские чтения», Самара, 2005 г,

Международной специализированной выставке и Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование», Казань, 2006 г Публикации. По материалам и результатам исследований опубликовано 11 работ, список которых приведен в конце автореферата Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, содержит 148 страниц текста, в том числе 79 рисунков, 35 таблиц, библиография насчитывает 142 наименования

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность решаемых в диссертационной работе проблем, а также формулируются ее цели и задачи

В первой главе представлен обзор источников информации о ТЗП, применяемых в авиационных двигателях В большей части современных ТЗП используется система «оксид циркония, стабилизированный 6-8% оксидом иттрия» Zr203-6-8 Y2O3, которая имеет низкую теплопроводность и близкий к никелевым сплавам коэффициент термического расширения (КТР) Теплопроводность керамического слоя зависит от фазового состава, объема и морфологии пор, а также метода напыления Толщина керамического слоя находится в пределах от 200 до 500 мкм Однако в работах [Adesanya О А , Guaico С , Houben J, Khor К, McPherson R, Ohmon А , Schlichtmg К, Singheiser L , Steffens H , Takahashi S] утверждается, что с увеличением толщины покрытия возрастает количество дефектов появляются микротрещины, расслоение и отслоение керамики от подслоя, что резко снижает долговечность покрытий

ТЗП обычно наносят на подслои, представляющие собой жаростойкие сплавы типа алюминид никеля (NiAl) , (Ni,Pt)Al или MCrAlX

(где М - Ni, Со, Fe, X - Y, Hf, Zr, Si), дня увеличения адцезии «керамика -основа, а также защиты основы от окисления и коррозии

В обзоре проанализированы работы Thompson JA, Kmgery WD , Singh J P , Evans A G, Schwingel D, посвященные изучению механизмов разрушения керамическо1 о слоя ТЗП, связанные в основном с процессами окисления подслоя, из которых следуем чш даже при небольшой разносш в КТР основы, подслоя и покрытия необходимо создавать вязкие ТЗП для повышения их сопротивления напряжениям, возникающим в результат спекания керамического слоя покрытия при эксплуатации

Работы Steffens II D, Babiak Z, Grämlich M посвящены снижению жесткости покрытий, а также остаточных напряжений при оптимизации шероховатости поверхности раздела подслой-керамика толстых ТЗП На практике этого можно достигнуть путем контроля параметров напыления, а также температур основы и покрытия при его напылении

Работоспособность ТЗП в значительной степени зависит от применяемого метода напыления Наиболее экономичный способ нанесения ТЗП - воздушно-плазменный, который формирует ТЗП с пониженной теплопроводностью, по сравнению с другим распространенным методом -электронно-лучевым Свойства плазменных ТЗП в свою очередь тесно связаны с составом и свойствами применяемых порошков, а также режимами напыления Исследованиями данного процесса занимались [Berndt С, Rigney D V, Verbeek А , Wigren J]

На основе проведенного анализа сформулированы цели и задачи работы

Во второй главе описаны применяемые в работе материалы, техника и технология приготовления образцов для исследования, методы исследования порошков и покрытий

В качестве материала основы использовался жаропрочный листовой сплав ВХ-4А (ЭП648), применяемый для изготовления деталей камер сгорания ГТД

В качестве материала подслоя был выбран порошок на основе никеля марки ПВ - НХЮбИт по ТУ 14-22-34-90

Для напыления внешнего керамического слоя использовались порошки оксида циркония, стабилизированного 7-8% оксида иттрия ЦИО-7-10-50 по ТУ 1-595-2-659-2002 и ЦрОИ-7 по ТУ-48-0502-01-89

Для исследования гранулометрического состава и текучести порошков использовались стандартные методы Химический состав порошка в объеме и в каждой частице определялся микрорентгеноспектральным анализом -методами интегрального и поточечного анализа на энергодисперсионной приставке INCA ENERGY 300

Исследование структуры порошков и покрытий осуществлялось методом анализа изображений во вторичных электронах на растровом электронном микроскопе марки JSM 6460-LV, а также на оптическом микроскопе «Неофот-21»

Подготовка образцов с покрытиями осуществлялась в производственных условиях с применением роботизированного комплекса на базе плазменной установки УПУ-8М по оптимальным режимам

Перед нанесением подслоя поверхность пластин из сплава ЭП648 обрабатывали струей корунда мелкой грануляции до шероховатости поверхности Ra 6-12 мкм После напыления обоих слоев покрытия образцы подвергали двойной термической обработке а) диффузионный отжиг в вакууме при температуре 1050°С в течении 4-х часов - для восстановления объемных свойств материала основы, б) окислительный отжиг на воздухе при температуре 850°С в течение 20-ти часов - для восстановления стехиометрического состава оксида циркония в покрытии

После напыления замерялась шероховатость подслоя и керамики на профилографе-профилометре

Измерения микротвердости осуществлялись по ГОСТ 9450-76 на микротвердомере ПМТ-3 на продольных и поперечных шлифах по зонам

Определение пористости и плотности керамического слоя осуществляли по ГОСТ18898-89 (ИСО 2738)

Прочностные и деформационные характеристики покрытий и системы в целом оценивались в условиях статического четырехточечного изгиба на разрывной машине FPZ 1/100 при комнатной температуре и скорости деформации 2,5 Н/С Для этой цели было разработано специальное приспособление Испытания проводились на прямоу! ольных образцах и осуществлялись по методикам Berndt С , Senturk U , Lima R S , Lima CRC, Beghini M , Benamati G , Bertini L , Frendo F

Испытания на термостойкость проводили при 1100° С в печи в условиях термоциклирования и изотермической выдержки ТЗП через каждые 7 часов подвергались внешнему осмотру Через каждые 30, 60, 100,150,200,320 и 450 часов исследовались пористость, микроструктура, микротвердость покрытий Комплекс применяемых методик согласован с СНТК им Н Д Кузнецова - разработчиком изделия НК-38СТ

В третьей главе приведены результаты исследований структуры и свойств новых порошковых материалов и покрытий на их основе Исследование морфологии и микрохимического состава исходных порошков разных производителей, используемых для нанесения ТЗП, показало значительное различие в характеристиках исследованных керамических порошков Так порошок ЦИО-7-10-50 имеет шаровидное строение частиц с размерами, в основном, от 9 до 45мкм Микрохимический состав частиц Zr, О-основа, Y - до 7,27%вес и Hf до 2,2%вес Установлено, что поверхностные слои частиц несколько обогащены Y и Hf по сравнению с сердцевиной частицы

Порошок ЦРОИ-7-имеет нерегулярную «глыбообразную» форму частиц Размеры частиц более крупные по сравнению с ЦИО-7-10-50 и составляют в основном от 34 до 68 мкм Микрохимический состав частиц Zr, О-основа, Y - до 3,6%вес и Hf до2,6% вес Получена неравномерность в распределении химических элементов, как по телу частиц, так и от частицы к частице

Оптимальная толщина покрышя оценивалась по критериям микротвердости и напряжения появления расслоения покрытия при статическом четырехточечном изгибе

Установлена корреляция между микротвердостыо покрышй и напряжением, вызывающим разрушение покрытий в условиях четырехточечного изгиба Чем выше микротвердость покрытий (а она, в свою очередь, связана с толщиной), тем ниже напряжение, вызывающее разрушение (отслоение) покрытий

Сопоставление данных по толщине покрытий, их микро твердости и напряжения расслоения покрытий представлено на рис 1

Для исследованных покрытий напряжение, при котором происходит расслоение керамики, составляет 500-1000 МПа, что сопоставимо с результатами, полученными авторами работ [Izquierdo Р - Singheiser L ]

> 9000 -

HV ЦрОИ-7 о -ЦрОИ-7 HV ЦИО 7 10 50 (7 ЦИО-7-10-50

200 300 400 500 Толщина керамики, мкм

3 2400 2200 2000 1800 1600 я 1400 § 1200 S

1000 I

800 О

600

400

200

0 700

Рис 1 Влияние толщины керамики на среднюю микротвердость и напряжение расслоения

В керамическом слое исследованных покрытий с увеличением толщины свыше 400 мкм, вследствие возникновения высоких остаточных напряжений, возникали машетральные продольные трещины Поэтому в

дальнейшем исследования проводились на покрытиях с керамическим слоем толщиной не более 400 мкм.

Исследования микроструктур г,I обоих покрытий, представленные на рис. 2, показали, что оба керамических слоя имеют пористую структуру с сеткой микротрещин обеспечивающую теплозащитные свойства покрытий. 1 Ьжрытие 11рОИ-7 содержит более мелкие поры и в меньшем количестве.

Размеры нор в покрытиях оцений&ни методом секущих па оптическом микроскопе при увеличении 250х. Средний размер пор дли ЦрОИ-7 составляет 12,4 мкм и для ЦИО -7-10-50-18,8 мкм. Однако отмечено, что >< покрытии ЦрОЩ-7 имеются значительные по размерам нсошотжюти скопления пор. Общая пористость составляет 13,4% для ЦрОИ-7 и 19,9% для ЦИО -7-10-50. Плотность керамики находится в пределах 5,3 /Ятя IЩО 7-10-50 и 6 г/ см3 для ЦрОИ-7. Данные сопоставимы с зарубежными аналогами \Brindley, МапсЫ С, РогИпка А, Зкапфи].

а) ЦрОИ-7 й) IЩО-7-10-50

Рис.2. Микроструктура покрытия: а) ЦрОИ-7 и ЦИО-7-Ю-50 б) X 250

11ри этом покрытия стали обладать более низкой микротвсрдосгао (от 6900 до 8000 Н /мм2 дня покрытия ЦИО 7-10-50 и от 7400 до 8600 II /мм ' для покрытия ЦрОИ-7). Анизотропия свойств, выраженная и различии микротвердости в продольном и поперечном направлениях, также значительно снизилась.

Средняя шероховатость подслоя составила 11а 5,7 мкм, поверхности керамики - Яа 5,6 мкм для ЦИО-7-10-50 и Яа 6,5 мкм - для ЦрОИ-7

Определение модуля упругости подслоя и керамического слоя, жесткости системы «основа - подслой - керамический слой» показало, что покрытие ЦИО -7-10-50 имеет меньшие значения как модуля упругости, так и жесткости всей системы по сравнению с ЦрОИ -7 (таблица 1)

Марка материала Модуль упругости керамического слоя, ГПа Жесткость системы покрытия, Н мм2

ЦрОИ -7 37 1 7х105

ЦИО-7-10-50 32 1 6х105

Полученные данные по абсолютному значению коррелируют с данными авторов Thompson J А , Miller R А , BeghimM, Takahashi S, Zhangxiong Ding

Таким образом, покрытия на основе порошка ЦИО-7-10-50 имеют повышенную пористость пониженную микротвердость, модуль Юнга, жесткость Данные покрытия являются более стойкими к зарождению трещин и расслоению в условиях статического изгиба, по сравнению с покрытиями ЦрОИ-7

В четвертой главе выполнено исследование деградации разработанных покрытий в условиях изотермической выдержки (1100°С/7ч) и термоциклирования (1100 °С / 1ч)

С целью установления кинетики деградации покрытий производился отбор образцов через 2, 30, 60 320 часов и 450 ч выдержки по обоим режимам и определялись следующие характеристики долговечность ТЗП (время до разрушения), характер разрушения ТЗП, микроструктура, микротвердость, пористость керамических слоев, фазовый анализ в подслое, микрохимический анализ отдельных слоев системы, в том числе на границе раздела «керамика-подслой, микроструктура поверхностей разрушения (фрактографический анализ)

В результате проведенных исследований установлено, что долговечность покрытий и характер их разрушения зависит от вида порошка, толщины и плотности керамического слоя, Установлено, что в целом покрытия ЦИО-7-10-50 показывает более высокую долговечность, чем покрытия на основе порошка ЦрОИ -7 (см. рис. 3 и 4).

5

15010050-

Тер ы оцикл и роьан ие Изотермическая аыдержка

200 300 100 500 900 ТОЛЩИНА ПОКРЫТИЯ,МКМ

Рис. 3, Зависимость числа часов до разрушения от толщины покрытия ЦрОИ -7при те р мо ц и к л и ров ак и и и изотермической выдержке

100 200 300 400 S00 600 700 толщина покрытия .мкм

Рис. 4. Зависимость числа часов до разрушения от толщины покрытия ЦиО-7-10-50 при термоцикл про ваш и и изотермической выдержке

Сравнение полученных результатов с литера1урными данными убсдшельно спидеюльсшуе 1 о высокой работоспособности исследованных нокрыши па основе порошка ЦИО-7-10-50 (см рис 5)

600

400 •

200

950

1000

1050

1100 Т,°С

1150

1200

1250

Рис 5

(Г) Наше исследование X ЯсЫгсШ^ а ВоиЬтек о ШоЛтот я ЬНгапвиидаропе © Эт О Ьк IV

* М*аят » Утя А Эйт

Резулыапл исследовании термостойкости УБХ-покрытий различных технологий

Обе сисюмы нокрышй разрушаются по различным механизмам в зависимосш 01 структурного состояния Установлены наиболее типичные виды рафушения полное отслоение керамического слоя от подслоя но 1 ранние раздела керамика-подслой, частичное отслоение керамическою слоя но 1рапице раздела керамика - подслой (ЧОК-1), частичное О1слоение керамическо1 о слоя по границе раздела подслой - основа (ЧОК-2), частичное расслоение керамики (ЧРК) Установленные виды разрушений происходят вслсдспше раишшя фетцин, возникших при напылении, а также появления новых Наиболее шпичпые виды трещин, возникшие при термических исиьпаииях сешсшальпые трещины, вертикальные трещины

Ниже приведена разработанная на основе фракто графических исследований, схема разрушений ТЗИ по различных механизмам (см. рис, 6).

Схема покрытия до испытания

Напряжения ю-за -Различия КТР (апс- а к} -Рост ТОО

Ншрдоикл

(ЧРК)

Виды разрушения

Т

(ЧОК-1)

(ПОК>

т<*:>

ПОК - полное от£ло^кнс покрьн-ня

3СЛ*. ■' Чвсмчотелоснкг кераын^'ского слоя

ЧОК-2. Частичное отслоеине кераынкл по границе Подслой основа

'■У1К, Частично? расслоение керамики

Рис.6. Схема разрушений ТЗП по различных механизмам Установлено, что микротвердость керамического слоя обоих покрытий за 450 часов выдержки в печи увеличивается с 7000 до 9300 Н /мм2 у покрытая ЦрОИ-7 V. с 6000 до 9350 Н /мм2 у покрытия ЦИО -7-10-50, т.«. процессы упрочнения в последнем покрытии происходят более интенсивно. Процессы уплотнения, выражающиеся в нарастании плотности керамики в обоих покрытиях происходят примерно с одинаковой скоростью. Пористость уменьшается через 320 часов выдержки на 23-26%, по сравнению с исходной. С помощью модели теплопроводности рассчитана кинетика изменения теплопроводности керамических слоев обоих покрытий. Получено, что даже после выдержки в 320 часов теплопроводность обоих типов покрытий остается достаточно низкой 0,73 - 0,98 Вт/мК, по сравнению с требуемой (2,9 Вг/мК), установленной конструктором изделия.

В процессе испытаний на поверхности подслоя формируются и увеличиваются по толщине оксиды типа АЬОз, NiO, Cr2Oi, а также шпинели Ni[Cr, А1]204 Однако в исследованных покрытиях оксиды растут с различной скоростью Для покрытия ЦИО -7-10-50 его толщина не превышает 5-8 мкм, в то время как для покрытия ЦрОИ-7 его толщина составляет в среднем 10-15 мкм

Проведен микрохимический анализ подслоев покрытий различного типа, в результате которого установлено, что в обоих видах покрытий содержание никеля, алюминия уменьшается, содержание хрома и кислорода увеличивается Однако эти процессы обеднения или, наоборот, обогащения различными элементами происходит в исследованных покрытиях в разной степени Система с покрытием ЦрОИ -7 после 450 циклов испытаний имеет в своем составе большее количество кислорода и значительно меньшее количество алюминия, по сравнению с системой ЦиО 7-10-50, что свидетельствует о более интенсивном окислении подслоя в этой системе, а также обеднении алюминием, который идет на образование TGO - оксидной пленки, выращенной на поверхности подслоя в процессе испытаний

В пятой главе представлены расчеты граничных условий работы защитного экрана камеры сгорания ГТД с ТЗП На основании полученных экспериментальных данных с помощью программного продукта ANSIS, реализующего метод конечных элементов, разработаны модели теплопроводности и напряженно-деформированного состояния защитного экрана камеры сгорания ГТД с ТЗП Установлено, что в наиболее нагруженной части защитного экрана максимальная температура под ТЗП составляет 1100°С С увеличением наработки до 320 часов снижается температурный градиент через ТЗП примерно на два градуса При этом, вследствие роста термических напряжений, постепенно увеличивается деформация в керамическом слое - примерно до 1,24% Полученные данные свидетельствуют о хорошей работоспособности покрытий

В шестой главе даны технологические рекомендации для разработки технологического процесса нанесения ТЗП на детали камеры сгорания ГТД

Выводы исследований

• Разработана методика комплексного исследования порошков и системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие»

• Установлена взаимосвязь характеристик порошковых материалов со свойствами покрытий и системы в целом Установлено, что исследованные системы ТЗП находятся на уровне мировых аналогов

• Установлены закономерности деградации и разрушения ТЗП в условиях термоциклирования и изотермической выдержки при 1100 °С, связанные с характеристиками порошков и покрытий

• Предложены виды механизмов разрушения изученных систем покрытий

• Предложена расчетная модель теплопроводности, распределения температуры и НДС в покрытиях и защитном экране камеры сгорания ГТД, обосновывающая условия проведения эксперимента на термостойкость

• Осуществлен научно-обоснованный выбор порошкового материала для напыления Порошок марки ЦИО-7-10-50 можно рекомендовать для внедрения в серийный процесс создания теплозащиты на детали камеры сгорания ГТД Даны технологические рекомендации для разработки технологического процесса

Основные результаты диссертации опубликованы в работах :

1 Абосделл А М Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах I Термобарьерный слой / Абосдечл А М, А МИльинкова ТА , Лунев АН II Известия ВУЗов, Авиационная техника, 2005 -№ 1- С 60-64

2 Абосделл А М Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах II Подслой для ТБП / Абосделл АМ,

Ильинкова ТА , Лунев, АНН Известия ВУЗов, Авиационная техника, 2005 - № 3 - С 47-50

3 Абосделл А М Расчетная оценка деформационных характеристик теплозащитных покрытий /Абосдепл А М, Ильинкова ТА ,Ильинков AB II Сборник трудов Донецкого нац техн университета, выпуск 30, Донецк ,2005 -т 1 - С 3-9

4 Абосделл А М Разработка теплозащитных покрытий на детали ГТД наземной энергетической установки / Абосделл А М Ильинкова ТА , Ильинков А В //Электромех и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, мат-лов и изделий Сб мат-лов XVII Всерос Межвуз Н-т-конф Казань, 2005 - С 149-150

5 Абосделл А М Поведение теплозащитных покрытий в условиях термоциклирования/ Абосделл А М, Сафин РД, Кашапова ЭКII 1-я н-т конф зарубежных аспирантов и магистрантов КГТУ им АН Туполева, 2005-С 17

6 Абосделл А М Влияние морфологии и микроструктуры термобарьерных покрытий на их свойства // VIII Королевские чтения Всероссийская студенческая конф Самара, 2005 -С 197-198

7 Абосделл А М Повышение работоспособности высокотемпературных деталей авиационных газотурбинных двигателей //Н-я н-т конф зарубежных аспирантов и магистрантов КГТУ им АН Туполева 2006-С 4-8

8 Абосделл А М Деградация термобарьерных покрытий при высоких температурах //3-я Международная специализированная выставка и Международная научно-практическая конференция «Авиакосмические технологии и оборудование Казань, 2006 -С 147-148

9 Абосделл А М Механические и термические характеристики теплозащитных плазменных покрытий //XIV Туполевские чтения

Международная молодежная научная конференция Казань, КГТУ им АН Туполева 2006 том 1-С 134-135

10 Абосделл А М Анализ взаимосвязи микротвердости, пористости и прочности теплозащитных плазменных покрытий // Вестник КГТУ, 2006 -№ 4-С14 -18

11 Абосделл А М Влияние параметров напыления на свойства теплозащитных покрытий теплозащитных покрытий/ Абосделл А М, ТАИльинкова, Р Р Валиуллин, НА Протасова, В М Савельев // Авиационная техника, Известия ВУЗов, -2006 -№ 4- С 75-77.

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Печл 1,0 Услпечл 0,93 Услкр-отг 0,98 Уч-издл 1,0 Тираж 100 Заказ И г 35

Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111, Казань, К Маркса

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1.Основное назначение и структура ТЗП.

1.2.Материал и свойства внешнего (теплозащитгного) слоя.

1.2.1 Фазовые превращения.

1.2.2. Спекание ТЗП при эксплуатации ГТД.

1.2.3. Долговечность теплозащитного слоя.

1.2.4. Новые системы ТЗП.

1.3. Материал и характеристики подслоя для ТЗП.

1.3.1. Анализ влияния различия между КТР подслоя и основы.

1.3.2. Фазовые превращения в подслое.

1.3.3. Шероховатость поверхности подслоя.

1.4. Технология нанесения покрытий.

1.4.1. Формирование ТЗП методом плазменного напыления.

1.4.2. Микроструктура плазменных ТЗП.

1.4.3. Значение микротрещин.

1.5. Основные механизмы разрушения ТЗП.

1.6. Цель работы и задачи исследований.

Глава 2. Материалы, технология изготовления образцов и методы исследования.

2.1 .Материал основы.

2.1.1. Химический состав.

2.1.2. Механические свойства сплава ВХ-4А.

2.1.3 Физические свойства сплава ВХ-4А (ЭП 648).

2.2 . Технология нанесения покрытий плазменная установка УПУ-8М.

2.3.Методы исследования порошковых материалов и структуры покрытий.

2.4. Прочностные и деформационные характеристики системы ТЗП.

2.4.1. Методика проведения эксперимента.

2.5. Испытания покрытий в условиях термической усталости.

Глава 3. Исследование порошковых материалов, структуры и свойств покрытий после напыления и термообработки.

3.1 .Исследование порошковых материалов.

3.1.1. Материал подслоя (Порошок ПВ - НХ16Ю6Ит).

3.1.2. Материалы керамического слоя ТЗП.

3.1.2.1. Порошок марки ЦИО-7-10-50.

3.1.2.2 Порошок марки ЦрОИ-7.

3.2. Характеристики теплозащитных покрытий после напыления.

3.2.1. Толщина покрытий.

3.2.2. Шероховатость покрытий.

3.2.3. Микроструктура ТЗП.

3.2.4. Микротвердость ТЗП.

3.2.5. Прочностные и деформационные характеристики ТЗП„„.

3.2.6. Микроструктура и свойства ТЗП с оптимальной толщиной керамического слоя.

3.2.6.1. Шероховатость покрытий.

3.2.6.2. Микроструктура ТЗП.

3.2.6.3. Микрорентгеноспектральный анализ покрытия.

3.2.6.4. Пористость ТЗП.

3.2.6.5. Микротвердость ТЗП.

3.2.6.6. Модуль упругости подслоя и керамического слоя.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Исследование деградации теплозащитных покрытий при воздействии высоких температур.

4.1. Долговечность ТЗП.

4.2. Виды разрушения ТЗП.

4.3. Процессы спекания керамики.

4.3.1. Изменение микроструктуры керамики.

4.3.2. Изменение микротвердости керамики.

4.3.3. Изменение пористости керамики.

4.4. Теплопроводность керамического слоя.

4.5. Окисление металлического подслоя.

4.5.1.Фазовый анализ подслоя.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Расчетная оценка условий работы защитного экрана камеры сгорания с ТЗП.

Выводы к главе 5.

Глава 6. Рекомендации по совершенствованию технологического процесса нанесения ТЗП плазменным методом.

Выводы исследований.

Актуальной научно-технической проблемой является проблема снижения воздействия высокой температуры на основной металл деталей камеры сгорания, сопловых, рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя (ГТД).

Конструкторы вынуждены создавать двигатели, которые будут способны работать при высоких температурах газов для создания большей эффективности и тяги. Приблизительная формула для максимальной эффективности, rj, которую может показать ГТД, выглядит следующим образом

Ч = 1-Т./Тг, где Та и Тг - температуры атмосферы и продуктов сгорания в градусах Кельвина соответственно. Эта формула получена из основ термодинамики для идеального теплового двигателя. Выражение показывает [130], что ГТД будут тем эффективней, чем более горячими будут его продукты сгорания. К тому же, тяга ГТД на летательных аппаратах также увеличивается с ростом температуры продуктов сгорания. В 50-е годы температура перед турбиной была ограничена 700°С, но уже в 80-е она поднялась до 1400°С [34].

Повышение температуры газов на 200°С требует создания новых суперсплавов, на 500°С - необходимо применение воздушного охлаждения стенок камеры сгорания, рабочих лопаток турбины [34], на 300°С -применение теплозащитных покрытий (ТЗП). Таким образом, в горячей части современного ГТД большинство деталей изготовлено из суперсплавов, присутствует воздушное охлаждение, и возрастающее количество деталей имеют сейчас ТЗП [80].

В процессе эксплуатации на элементы конструкции ГТД действуют различные виды нагрузок: статические, циклические, термические, которые оказывают определенное воздействие на механические и физические свойства материала, На рис. 1.1 показаны основные узлы ГТД: компрессор низкого давления (КНД), компрессор высокого давления (КВД), камера сгорания, турбина высокого давления (ТВД), турбина низкого давления (ТНД), а также распределение температуры и давления по узлам ГТД.

Камера сгорания КВД /

Рис. 1.1. Распределение температуры и давления в ГТД [63].

В эксплуатации максимально допустимая температура нагрева элементов конструкции ГТД должна быть ниже температуры, характерной для относительно устойчивого структурного состояния сплава. Поэтому в нормальных условиях эксплуатации двигателя материал должен сохранять в основном структуру, приданную ему в процессе изготовления при термической обработке. Общепризнано, что применяемые в ГТД современные жаропрочные материалы на основе никеля (до 70 % массы) практически исчерпали своей возможности по жаростойкости. Так, предельные температуры применения их на воздухе не превышает 1100°С, в условиях воздействия сульфидно-оксидной коррозии - 790°С. Поэтому в настоящее время около 75 % деталей авиационных двигателей имеет металлические или керамические покрытия для защиты от коррозии, износа, высокотемпературного окисления, а также для специальных целей.

На ряд деталей камеры сгорания различных ГТД в настоящее время наносят жаростойкие покрытия: на форсунки - плазменное покрытие на основе сплава никель-алюминия, на кожух - эмалевое покрытие на основе оксидной керамики. Снижение температуры на стенке деталей данные покрытия обеспечить не могут в силу своего состава и микроструктуры. В то же время решение этой проблемы повысит надежность и ресурс всего изделия. Снижение рабочей температуры материала камеры сгорания возможно за счет применения ТЗП.

ТЗП в технике используются уже более 25 лет, в настоящее время они есть практически на всех двигателях гражданской авиации и большей части военной. ТЗП позволяют улучшить качественные характеристики двигателей, уменьшить расход воздуха на охлаждение, сэкономить топливо, увеличить температуру газового потока на 100.150 К [22,105,106,113,120]. При этом снижается выброс вредных веществ, что обусловлено более полным сгоранием горючего. Очевидно, этим и объясняется интерес конструкторов, производителей ГТД к данному типу покрытий. Количество публикаций, посвященных проблеме создания высокоэффективных ТЗП, с каждым годом устойчиво возрастает, особенно за рубежом.

Перспективы использования ТЗП на деталях ГТД зависят от того, насколько успешными будут предпринимаемые в настоящее время усилия по улучшению характеристик и повышению надежности покрытий [1,2].

Работоспособность покрытия, нанесенных различными газотермическими способами (плазменным при атмосферном и пониженном давлении, высокоскоростным газопламенным), зависит также от состава, размера и формы порошков, применяемых для напыления покрытий, параметров напыления [3 7,103,131,13 6].

Кроме этого, работоспособность покрытия зависит от условий эксплуатации и назначения изделия [41,88, 92,97,99,106,115,120,123,141].

В современных авиационных ГТД используются камеры сгорания с большим ресурсом. Именно для таких камер конструкторами ставится задача нанесения «толстых» ТЗП с толщиной более 300 мкм. Однако с увеличением толщины покрытия возрастает количество дефектов: появляются микротрещины, расслоение и отслоение керамики от подслоя, что резко снижает долговечность покрытий [29, ,61,62,69,74,106,114,122,124].

Таким образом, проблема совершенствования технологии нанесения ТЗП, обеспечивающей повышение толщины покрытия при сохранении долговечности является актуальной.

Автор защищает

• Методику комплексного исследования новых порошков и системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие».

• Установленные взаимосвязи характеристик новых порошковых материалов со свойствами покрытий и системы в целом.

• Закономерности деградации и разрушения ТЗП в условиях термоциклирования и изотермической выдержки, связанные с характеристиками порошков и покрытий.

• Виды механизмов разрушения изученных систем покрытий.

• Расчетные модели теплопроводности и напряженно-деформированного состояния покрытий в защитном экране камеры сгорания ГТД.

Выводы исследований

• Разработана методика комплексного исследования порошков и системы «основной металл - композиционное теплозащитное покрытие».

• Установлена взаимосвязь характеристик порошковых материалов со свойствами покрытий и системы в целом. Установлено, что исследованные системы ТЗП находятся на уровне мировых аналогов.

• Установлены закономерности деградации и разрушения ТЗП в условиях термоциклирования и изотермической выдержки при 1100 °С, связанные с характеристиками порошков и покрытий.

• Предложены виды механизмов разрушения изученных систем покрытий

• Предложена расчетная модель теплопроводности, распределения температуры и НДС в покрытиях и защитном экране камеры сгорания ГТД, обосновывающая условия проведения эксперимента на термостойкость.

• Осуществлен научно-обоснованный выбор порошкового материала для напыления. Порошок марки ЦИО-7-10-50 можно рекомендовать для внедрения в серийный процесс создания теплозащиты на детали камеры сгорания ГТД. Даны технологические рекомендации для разработки технологического процесса.

1. Абосделл A.M., Илъинкова.Т.А., Лунев А.Н. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах. I. Термобарьерный слой //Авиационная техника, 2005.-№ 1- С. 60-64.

2. Абосделл A.M., Ильинкова. Т.А., Лунев, А.Н. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах. II. Подслой для ТБП// Авиационная техника, 2005. № 3 - С.47-50.

3. Абосделл A.M., Ильинков А.В, Ильинкова Т.А. Расчетная оценка деформационных характеристик теплозащитных покрытий// трудын-т.междунар. конф. «Машинстроение и техносфера 21 века», Донецк-2005, Том 1. С. 3-9.

4. Абосделл A.M.,Ильинкова Т.А.,Ильинков А.В. Расчетная оценка деформационных характеристик теплозащитных покрытий // Международный Сборник трудов Донецкого нац. техн. университета, выпуск.ЗО, Донецк ,2005.- С.3-9.

5. Абосделл А.М, Ильинкова Т.А., Ильинков А.В. О методе оценки деформационных характеристик газотермических покрытий //Машиностроение и техносфера XXI века, Сб-к трудов XII Международный научно технической Конференции. Донецк, 2005. том.2,- С.36-40.

6. Абосделл A.M., Сафин РД., Кашапова Э.К. Поведение теплозащитных покрытий в условиях термоциклирования // 1-я н-т конф.зарубежных аспирантов и магистрантов КГТУ им. А.Н.Туполева, 2005.- С. 17.

7. Абосделл A.M. Влияние морфологии и микроструктуры термобарьерных покрытий на их свойства // VIII Королевские чтения: Всероссийская студенческая конф.Самара, 2005.-С.197-198.

8. Абосделл А.М Повышение работоспособности высокотемпературных деталей авиационных газотурбинных двигателей //II-я н-т конф.зарубежных аспирантов и магистрантов КГТУ им. А.Н.Туполева. 2006.-С.4-8.

9. Ю.Абосделл A.M. Деградация термобарьерных покрытий при высоких температурах //3-я Международная специализированная выставка и Международная научно-практическая конференция

10. Авиакосмические технологии и оборудование. Казань,2006.-С. 147148.

11. Абосделл A.M. Механические и термические характеристики теплозащитных плазменых покрытий //XIV Туполевские чтения Международная молодежная научная конференция. Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева. 2006. том 1- С.134-135.

12. Абосделл A.M. Анализ взаимосвязи микротвердости, пористости и прочности теплозащитных плазменных покрытий // Вестник КГТУ, 2006.-№ 4- С.14-18.

13. Абосделл А.М, Т.А.Ильинкова, Р.Р.Валиуллин, Н.А.Протасова, В.М.Савельев. Влияние параметров напыления на свойства теплозащитных покрытий // Авиационная техника, Изв. Вузов, -2006.-№ 4- С. 75-77.

14. Н.Васильев В., В.Д. Протасов, В.В. Болотин./ Композиционные материалы. Справочник / Машиностроение, 1990. 512 с.

15. ГОСТ 18318-94, Порошки металлические. Определение размера частиц сухим просеиванием, изд-во стандартов, 1996,11 с.

16. ГОСТ 20899-98 (ИСО 4490-78), Порошки металлические. Определения текучести с помощью калиброванной воронки (прибора Холла), изд-во стандартов, 2001, 9 с.

17. ГОСТ18898-89 (ИСО 2738-87), Изделия порошковые. Методы определения плотности содержания масла и пористости, изд-во стандартов, 1990,12 с.

18. ГОСТ 14019-2003, Материалы металлические. Метод испытания на изгиб, изд-во стандартов, 2004, 5 с.

19. ГОСТ 25142-82 (СТ СЭВ 1195-78). Шероховатость поверхности. Термины и определения, изд-во стандартов, 1982, 22 с.

20. Паспорт Ио 524 жаропрочный сплав ЭП648

21. Пугачева Н.Б., Мазаева Е.С. Защитные свойства ысокотемпературных комбинированных покрытий // физика и химия обработки материалов.2001.- No 4- С.82-89.

22. Фролов В. А., Поклад В. А.Технологии нанесения термозащитных покрытий методами газотермического напыления// сварочоное производство,2005.-Мо1- С.51-54.

23. Шалин Р.Е. Новые материалы и технологии перспектива развития и создания авиационной техники // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1994,- № 2. С.З -11.

24. Adesanya О.А., Bouhanek К., Stoti F.H., Sheldon P., Lees D.G., Wood G.C. Cyclic Oxidation of Two Bond Coats in Thermal Barrier Coating Systems on CMSX-4 Substrates// Materials Science Forum.Vols. 369. 2001.- PP 639-646.

25. Ahmaniemi S., Tuominen J., Vuoristo P., Mantyla T. Microstructure and characterization of zirconia-yttria coatings formed in laser and hybrid spray process // Surface coatingtechnology. 2002.- P. 412 -417.

26. АН M. Y., Nusier S. Q., Newaz G. M. Mechanics of damage initiation and growth in a TBC/Superalloy system // Int. J. Solids & Structures. 2001.-Vol.38- P. 3329-3340.

27. Ashby M.F., Jones D.R.H. Engineering materials 1, an introduction to their properties and applications, 1980, perrgamon press.

28. Bengtsson P., Ericsson Т., Wigren J. Thermal shock testing of burner cans coated with thick thermal barrier coating,/ Journal thermal spray technol. 1998. Vol. 7, pp. 340-348.

29. Beghini M., Benamati G., Bertini L., Frendo F. Measurement of coatings' elastic properties by mechanical methods: Part 2. Application to thermal barrier coatings// Experimental mechanics 2001.Vol. 41, No. 4, PP.3 05-311.

30. Berndt C.C .,Kucuk A., Dambra C.G. Influence of plasma spray parameters on behavior of yttrium stabilized zirconium the cracking coatings// Practical failure analysis, 2001.Vol. 1- P. 55-64.

31. Berndt C., Senturk U., Lima R. S., Lima C. R. C. Deformation of plasma sprayed TBC// Journal of Engineering for gas turbines and power. 2000.-Vol.122- P. 387-392.

32. Brindley W. J., Miller R. A. Thermal barrier coating evaluation needs // NASA Technical Memorandum. 1990. 103708.

33. A3.Brindley W. J., Miller R. A., Aikin B. J. Improved Bond-Coat Layers for Thermal-Barrier Coatings // NASA Tech Briefs. 1998.- P. 63-65.

34. Choi S. R., Dongming Zhu., Miller R.A. Mechanical properties of -plasma-sprayed zro2-8 wt% y2o3 thermal barrier coatings//. NASA/TM—2004-213216.

35. Chang G.C., Phucharoen W., Miller R. A. Thermal expansion mismatch and plasticity in thermal barrier coatings. Turbine engine hot section technology. 1987. NASA. CP 2493. P. 357 368.

36. Chang G.C., Phucharoen W., Miller R. A. Behavior of thermal barrier coatings for advanced gas turbine blades // Surface and coatings technology. 1987.- Vol. 30.- P. 13-28.

37. Al.Clyne T.W., Humphreys C.J. Improvements in plasma sprayed thermal ■ barrier coatings for use in advanced gas turbines. http://www.msm.cam.ac.uk/mmc/publications/index.html.

38. Clarke D.A., Serge V. He M-Y. Precursor to TBC failure caused by constrained phase transformation in the thermally grown oxide// Elevatedtemperature coatings: science and technology. TMS. Warrendale. PA. 1999.-P. 67.

39. Clemens D., Vosberg, V.R., Tietz, F., Quadakkers W.J., Singheiser L. In Materials for advanced power engineering. 1998, Eds J. Lecomte-Beckers, F. Schubert, P.J. Ennis, Energietechnik Forschungszentrum Julich, GmbH (ISBN 3-89336- 228-2), 1489).

40. Corbach H D., Fransen Т., Haanappel V. A., Scharenborg J. В., Gellings P. J. Can thermal barrier coatings be sealed by metal-organic chemical vapour deposition of silica and alumina // High temperature material processes. 1995,- Vol. 14- № 2.- P.57 66.

41. DeMasi-Marcin .J. Т., Gupta .D. K.// Surface and Coatings Technol. 1994.-Vol.68/69-P. 1 -9

42. Eguchi N., Zhou Z., Shirasawa, H., Ohmori A. Microstructure and characterization of zirconia-yttria coatings formed in laser and hybrid spray process // Journal of thermal spray technology. 1999.- Vol.8- № 3-P. 405-413.

43. Evans A. G., Crumley G. В., Demaray R. R. On the mechanical behavior of brittle coatings and layers // Oxidation of metals 1983. Vol. 20. - P. 193-216.

44. Evans A. G., Mumm D. R., Hutchinson J. W., Meier G. H. Mechanisms controlling the durability of thermal barrier coatings // Progress of materials science. 2001.-Vol. 46 -P. 505 553.

45. Izquierdo, P. Thesis, University of Aachen .1998.

46. Grabke H. J., Weimer D., Viefliaus H. Segregation of sulfur during growth of oxide scales // Surface science 1991. Vol. 47- P. 243-250.

47. Hasselman D. P. H. Effect of cracks on thermal conductivity // Journal of composite materials. 1978.- Vol.12 P. 403

48. Hebsur.M.G. Oxidation resistant and low coefficient of thermal expansion NiAl-CoCrAlY Alloy. Pat 6454992. USA. 2002.

49. Hertl W. J. Vanadia reactions with yttria stabilized zirconia // Applied physics. 1988.-Vol. 63-№ 11-P. 5514 5520.

50. Hindum. , Whittle D.P. Microstructure, adhesion and growth kinetics of protective scales on metals and alloys', Ox. Metals, 1982.-Vol. 18 P 245-284.

51. Houben, J.M., 1988, Relationship between the adhesion of plasma sprayed coatings to the process parameters size, velocity and heat content of the spray particles, Ph.D. Thesis, Eindhoven university of technology, eindhoven, The Netherlands

52. Houben. J. M. and Zaat. J. H., Proceedings of the 8th International thermal spray conference, Miami Beach, Florida, USA, 1976.

53. Jones R.L. Some aspects of the hot corrosion of thermal barrier coatings // Journal of thermal spray technology, 1997. Vol. 6. № 1. P. 77 84.

54. Kingery W.D., Bowen H.K, Uhlmann D.R. Introduction to ceramics. Wiley- interscience, 1976. P. 469-490.

55. Leyens C., Schulz U., Fritscher K. Oxidation and lifetime of PYSZ and CeSZ coated Ni-base substrates with MCrAlY bond layers // Materials at high temperatures. 2003. Vol. 20- ИО 4. - P. 475 - 479.

56. Leyens C., Wright I. G., Pint B. A. Hot corrosion of nickel- base alloys by alkali-containing sulfate deposits // Materials science forum. 2001. -Vol.372.-P. 571-578.

57. Lih W., Chang E., WuB.C., Chao C.H. Effects of bond coat preoxidation on the properties of Zr02- 8wt.%Y203/Ni 22Cr-10Al-lY thermal barrier coatings// Ox. Metals, 1991.- Vol.36-P 221-238

58. Malzbender J., Steinbrech R. W. Mechanical properties of coated materials and multi-layered composites determined using bending methods// Surface and coatings technology .2004.- Vol-176. P 165-172

59. Mancini С. E., Berndt С. C., Sun L., Kucuk. A. Porosity determinations in thermally sprayed hydroxyapatite coatings // Journal of materials science, 2001.- Vol.36-P. 3891-3896.

60. McPherson R. Review of microstructure and properties of plasma sprayed ceramic coatings. // Surface and Coatings Technology, 1989.-Vol.39/40-P 173-181.

61. Meier S. M., Nissley D. M., Sheffler K. D., Cruse T. A. Thermal barrier coating life prediction model development // Trans, of the ASME. 1992.-Vol.114-P.258.

62. Miller R.A, surface and coating technology.1987. Vol.30- P.l-11.

63. Morrell P., Taylor R. Thermal diffusivity of thermal barrier coatings of Zr02 stabilized with Y203 // High Temperature High Pressure. 1985.-Vol.17- P. 79.

64. Miller R.A., Garlick R.G., SmialekJ.L. Phase stability in plasma sprayed partially stabilized zirconia-yttria // Science and technology of zirconia. 1981. -Vol. 3- P.241 253.

65. Moon J., Choi H., Lee C. Cooling rate effects on the phase transformation of Zr02 base thermal barrier coatings coated by APS // ' Journal of Ceramic Processing Research. 2000.- Vol.1- P. 69 73.

66. New TBC // Institute for Materials and Processes in Energy Systems. http:www.fz-juelich.de.

67. Nicoll A. R. The effect of alloying additions on M-Cr-Al-Y systems An experimental study // Thin Solid Films. 1992. - Vol. 95. - P. 21-34.

68. Nicholls J.R. Advances in coating design for high performance gas turbines// Materials Research Society Bulletin 2003. Vol. 28. - P.659-670.

69. Niranatlumpong P. Oxidation behaviour and failure mechanisms of NiCrAlY Overlay Coating and Zr02-8wt% Y203/NiCrAlY thermal barrier coating// Thesis, the university of birmingham, UK, 1999.

70. Pindera M.J., Aboudi J., Arnold S. M. The effect of interface roughness and oxide film thickness on the inelastic response of thermal barriercoatings to thermal cycling // Materials science and engineering. 2000. -Vol. a284-p. 158-175.

71. Pint B. A., Nagaraj B. A., RosenzweigM. A. Evaluation of TBC-coated 13-NiAl substrates without a bond coat, high temperature coatings IIIITMS, Warrendale, PA, 1996.- P. 163-174.

72. Pint B. A, Tortorelli P. F., Wright I. G. Effect of cycle frequency on high temperature oxidation behavior of alumina-forming alloys // Oxides of Metals. 2002.- Vol. 58.- P 73-101.

73. Quadakkers W. J, Tyagi A. K., Clemens D., Anton R., Singheiser L. The Significance of bond coat oxidation for the life of TBC coatings // Elevated temperature coatings: science and technology. TMS. Warrendale. PA. 1999.-P. 119.

74. Rigney D.V., Mantowski Т.Е., Froning M.J. Influence of raw materials on the performance characterisitics of ceramic coatings // Proc. of the coatings for advanced heat engines workshop Washington. 1987. P. 45 -60.

75. Rigney D.V., Viguie R., Wortmann D.J., Shelly D.W. NASA TBC Workshop. Cleveland. Ohio. 1995. Vol.135.

76. RhysJones T.N. Surface and Coatings Technol. 1990.- Vol.43/44-P 402-415.

77. Schlichting К. W, Padturea N.P, Jordan E.H., Gell.M. Failure modes in plasma-sprayed thermal barrier coatings // Materials science and engineering. 2003. -A342 P120 - 130.

78. Schulz U., Fritscher K., Leyens C., Peters M., Kaysser W.A. The thermocyclic behavior of differently stabilized and structured EB-PVD TBCs // Journal of materials.Vol. 49. NO 10 - P 62-75.

79. Ш. Schulz U., Fritscher K., Peters M. EB-PVD Y203 and Ce02/Y203 stabilized zirconia thermal barrier coatings—crystal habit and phase composition I I Surface and coatings technology .1996. Vol. 82 - P. 259 -269.

80. Schutze M. Optimum coating composition in relation to oxidation and hot-corrosion resistance, //Corrosion and tnvironmental degradation.2000.-Vol. II- P.317-328.

81. Sharafat S. , Kobayashi A., Chen Y., Ghoniem N. Plasma spraying of micro-composite thermal barrier coatings, Elsevier science Ltd // surface engineering and surface instrumentation and vacuum technology. 2002. Vol. 65. P.415-425.

82. Ul.ShefflerK. D., GuptaD. K. J. Eng. Gas turbines power A9SS-V oil 10-P.605.

83. Singheiser L., Steinbrech R., Quadakkers W.J., Herzog R. Failure aspects of thermal barrier Coatings // Materials at high temperatures.2001. Vol.18 N0.4 - P. 249-259.

84. Singh J. P., Nair G., Renusch D. P., Sutaria M. P. Damage evolution and stress analysis in zirconia thermal barrier coatings during cyclic andisothermal oxidation// Journal of American ceramic society. 2001. Vol. 84. No 10- P. 2385-2393.

85. Smeggil J. G. Some comments on the role of yttrium in protective oxide scale adherence // Materials science engineering. 1987. Vol. 87- P. 261265.

86. Steffens H., Babiak Z., Gramlich,. Some aspects of thick thermal barrier coating lifetime prolongation // Journal of Thermal spray technology. 1999.- Vol. 8. -NO.T4- P.517 522.

87. Sun J.H., Chang E., Chaer C.H. and Cheng M.J. 'The spalling modes and degradation mechanism of YSZ/A1203CVD/NiCrAlY TBC'.// Ox. Metals. 1993. -Vol. 40 -.P 465-481

88. Takahashi .S., Yoshiba M., Harada Y. Microstructural features of mechanical failure in thermal barrier coating systems under static loadings/Materials at high temperatures. 2001. Vol. 18(2) - P. 125-130.

89. Thompson J.A., Ji W., Clyne T.W. Thermal barrier coatings // in 13th Int. Conf. on Surface Modific. Techn. (SMT XIII), Sudarshan. ASM, 1999.-P.177- 182.

90. Thompson J. A., Clyne T. W. The effect of heat treatment on the stiffness of zirconia top coats in plasma-sprayed TBCs. // Acta Materials. 2001.-Vol.49- P.1565 -1575.

91. Tigney D.V., Viguie R„ Wortmann D.J., Shelly D.W. NASA TBC Workshop. Cleveland. Ohio. 1995. -Vol.135.

92. Tommasi M., Licciulli A. Thermal barrier coatings for aeronautic engines turbin blades // universita' degli studi di lecce c.d.l. ingegneria dei materiali. A.A. 2001/02

93. Troczynski Т., Yang Q., John G. Post-deposition treatment of zirconia thermal barrier coatings using sol-gel alumina // Journal of thermal spray technology. 1999.- Vol. 8 № 2- P. 229 - 234.

94. Tryon В., Pollock T.M., Gigliotti M.F.X, Hemker K. Thermal expansion behavior of ruthenium aluminides // Scripta materialia .2004.~Vol 50 P. 845-848.

95. Verbeek A.TJ. Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings: Production, Characterization andTesting, Ph.D. Thesis, Eindhoven University of Technology, 1992.

96. Watson M. / Cambridge Materials Selector. 1994. -Vol. 2.01.133. .Wellman R., Nicholls JR. Some observations on erosion mechanisms of EB-PVD TBC // Wear. 2000. Vol .242. - P. 89 - 96.

97. Wellman R.G., Nicholls J. R. Mechanism for the erosion of EB-PVD TBCs. // Materials Science Forum. 2001.- Vol. A-372. P.531 - 538.

98. Wortman D.J., Duderstad E.C., Nelson W.A. Bond coat development for thermal barrier coatings// Journal of engineering for gas turbine and power. 1990.- Vol .112 P 527-529

99. Wigren J., and Pejryd, ^.Thermal barrier coatings why, how, where and where to," proc. 15th int. thermal spraying conference.Ed. C. Coddet, ASM International, Materials Park, OH, USA, 1998.- P. 16171622.

100. Yanar N.M., Meier G.H., Pettit F.S. The influence of platinum on the failure of EBPVD YSZ TBC's on NiCoCrAlY bond coats // Scripta materialia, 2002.- Vol.46- P 325-330.

101. Yesilata B. Analytical modeling of unsteady aluminum depletion in thermal barrier coatings // Turk J engin environ science. 2001. Vol. 25 - P. 675 - 680.th

102. Zhangxiong Ding., Knight. Effect of bond coat processes and surface characteristics on the failure mechanism of thermal barrier coatings // Thermal spray 2001. Published by ASM international materials.1. Утверждаю