Результат интеллектуальной деятельности: Многослойное теплозащитное покрытие

Вид РИД

Патент

Юридическая информация Юридическая информация Свернуть Развернуть

Авторы

Скрыто правообладателями

Правообладатели

ООО "ТСЗП"

№ охранного документа

2532646

Дата охранного документа

28.06.2013

Статус

Действует

Дата окончания действия пошлины

28.06.2033

Вид патента

Изобретение

Краткое описание РИД Краткое описание РИД Свернуть Развернуть

Аннотация: Изобретение относится к многослойному теплозащитному покрытию на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности. Многослойное теплозащитное покрытие включает основной металлический подслой, выполненный из сплава на основе никеля, верхний керамический теплозащитный слой и дополнительный металлический жаростойкий подслой между основным подслоем и керамическим слоем.

Ключевые слова: защиты лопаток газотурбинного двигателя, многослойное теплозащитное покрытие, газотурбинный двигатель, воздействие высоких температур, эрозионный износ, коррозия

Характеристика результата

Опытный образец/опытная партия

Основные результаты: Техническим результатом является защита от воздействия высоких температур, эрозии и коррозии с помощью формирования долговечных теплозащитных покрытий. Желаемый технический результат достигается тем, что многослойное теплозащитное покрытие на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности включает основной металлический подслой, выполненный из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 11многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 14% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия, верхний керамический теплозащитный слой, выполненный из материала на основе диоксида циркония ZrO2, частично стабилизированного 6многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 8% по массе оксида иттрия Y2O3, а между основным металлическим подслоем и верхним керамическим теплозащитным слоем выполнен дополнительный металлический жаростойкий подслой из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 10многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 13% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия.

Новизна: Принципиально новый результат

Развернутое описание Развернутое описание Свернуть Развернуть

Область применения РИД:

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности, и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.

Форма представления сведений об объекте учета: Патент

Реферат Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к многослойному теплозащитному покрытию на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности. Многослойное теплозащитное покрытие включает основной металлический подслой, выполненный из сплава на основе никеля, верхний керамический теплозащитный слой и дополнительный металлический жаростойкий подслой между основным подслоем и керамическим слоем. Основной металлический подслой содержит 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 11многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 14% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия. Верхний керамический теплозащитный слой выполнен из материала на основе диоксида циркония ZrO2, частично стабилизированного 6многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 8% по массе оксида иттрия Y2O3. Дополнительный металлический жаростойкий подслой выполнен из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 10многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 13% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия. Техническим результатом является защита от воздействия высоких температур, эрозии и коррозии с помощью формирования долговечных теплозащитных покрытий. 1 пр. Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности, и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии. Традиционно для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии используются керамические теплозащитные покрытия. Современное теплозащитное покрытие состоит из нескольких слоев. На поверхность детали сначала наносится жаростойкое покрытие для защиты от высокотемпературной коррозии и окисления. Самыми распространенными материалами на данный момент являются сплавы систем MCrAlY (M=Ni, Co) и Ni(Pt)-Al - они термически и химически совместимы с суперсплавами, из которых изготавливаются детали газотурбинного двигателя, и оказывают минимальное влияние на их свойства. Жаростойкие покрытия традиционно наносят методами плазменного напыления (на воздухе - APS или в вакууме - VPS), высокоскоростного напыления (на воздухе - HVOF) и рядом вакуумно-плазменных методов. В ходе эксплуатации на поверхности жаростойкого покрытия образуются оксиды роста - TGO. Формирование оксидов роста неизбежно и целью разработчиков является образование оксидов оста в виде многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 -Al2O3, чтобы его рост является медленным, однородным и бездефектным. Такой оксид роста имеет очень низкую проводимость по кислороду и благодаря этому создает превосходный диффузионный барьер, замедляя дальнейшее окисление металлического подслоя. Верхний керамический слой ТБП призван снизить температуру детали за счет низкой теплопроводности. Традиционно используются материалы на основе диоксида циркония, стабилизированного 6-8% по массе оксида иттрия (7YSZ). Этот материал обладает уникальным сочетанием свойств - он имеет один из самых низких коэффициентов теплопроводности (2,3 Вт/м·К при 1000°C для плотного материала) и стабильно высокий коэффициент теплового расширения (11·10-6 1/°C в диапазоне 20-1000°C). YSZ имеет относительно низкую плотность (6,4 г/см3 ), что является существенным при рассмотрении избыточного веса. Он имеет твердость 14 ГПа, которая придает покрытию стойкость к воздействию инородных предметов и эрозии, а также хорошую коррозионную стойкость при повышенных температурах. Наконец, YSZ имеет высокую температуру плавления (2700°C). Чистый диоксид циркония ZrO2 имеет три полиморфные модификации (моноклинную при T<1446K, тетрагональную при T<2643K и кубическую T>2643K). Для применения в качестве материала теплозащитного покрытия необходимо стабилизировать оксидом иттрия Y2O3 (5-9% по массе) тетрагональную фазу, поскольку она обладает наилучшим сочетанием термических и механических свойств. После напыления порошка YSZ и термообработки покрытия основной фазой является нетрансформируемая тетрагональная tмногослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 -YSZ - она не подвергается фазовым превращениям при термоциклическом воздействии. Ресурс такого покрытия при температурах до 1100°C достаточно велик. При длительной эксплуатации при температуре более 1200°C происходит ее постепенная дестабилизация по следующему механизму: многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 Образовавшаяся трансформируемая тетрагональная фаза t-YSZ подвержена фазовому переходу в моноклинную m-YSZ и кубическую фазы c-YSZ, который протекает с изменением объема элементарной ячейки на 4% и приводит к полному разрушению покрытия. Стабилизация структуры диоксида циркония окисью иттрия приводит к образованию в кристаллической структуре вакансий на позициях атомов кислорода. Атомы кислорода при повышении температуры до 1000-1100°C с высокой скоростью начинают перемещаться по вакансиям кристаллической решетки от поверхности покрытия к границе между YSZ и металлическим подслоем, приводя к формированию оксидов роста (ТGО). Скорость диффузии кислорода по структуре YSZ и, соответственно, скорость роста TGO зависит в основном от двух факторов - содержания стабилизирующей добавки (максимум при 10% мольн. Y2O3) и температуры (увеличение на порядок при росте температуры с 1100 до 1200°C). Рост TGO в ходе эксплуатации газотурбинного двигателя - один из самых важных факторов, определяющих срок службы теплозащитного покрытия. По достижении определенной толщины TGO (5-7 мкм) верхний керамический слой теплозащитного покрытия скалывается из-за напряжений роста и термических напряжений, связанных с рассогласованием коэффициентов термического расширения (КТР). Таким образом, для увеличения ресурса теплозащитного покрытия необходимо снижение скорости диффузии кислорода через керамический слой теплозащитного покрытия. Скорость роста TGO и его фазовый состав определяется не только скоростью диффузии кислорода через керамический слой, но и химическим составом металлического подслоя, а также его микроструктурой. Алюминий является основным элементом, влияющим на этот процесс. После напыления и термообработки металлического подслоя его структуру составляют две основные фазы: многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 -твердый раствор на основе Ni(Co) и многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 -фаза состава Ni(Co)Al, которая является основным источником алюминия для роста пленки TGO. В ходе эксплуатации покрытия образуется зона, обедненная алюминием, и вероятность образования рыхлого TGO в виде шпинелей Ni(Co)Cr(Al)2O4 повышается. Соответственно, содержание многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 -Ni(Co)Al определяет долговечность покрытия в целом. Из уровня техники известно многослойное теплозащитное покрытие на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности, включающее основной металлический жаростойкий подслой и верхний керамический теплозащитный слой (RU 2375499 C2, МПК C23F 17/00, C23C 14/16, C23C 4/08, C23C 4/10, опубликовано 10.12.2009). Известное решение позволяет получить долговечное теплозащитное покрытие, однако имеет ряд технологических недостатков, которые заключаются в обилии технологических операций, в том числе выполняемых в условиях пониженного давления. Поскольку размеры деталей горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности значительно выше, чем авиационных двигателей, это приведет к значительному повышению стоимости нанесения покрытий. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является продление ресурса деталей горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности. Техническим результатом является защита от воздействия высоких температур, эрозии и коррозии с помощью формирования долговечных теплозащитных покрытий. Желаемый технический результат достигается тем, что многослойное теплозащитное покрытие на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности включает основной металлический подслой, выполненный из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 11многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 14% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия, верхний керамический теплозащитный слой, выполненный из материала на основе диоксида циркония ZrO2, частично стабилизированного 6многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 8% по массе оксида иттрия Y2O3, а между основным металлическим подслоем и верхним керамическим теплозащитным слоем выполнен дополнительный металлический жаростойкий подслой из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 10многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 13% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия. На материал детали после подготовки поверхности наносится основной металлический жаростойкий подслой, который выполнен из материала на основе сплавов системы NiCoCrAlY. Рабочие характеристики этих сплавов определяются их способностью формировать вязкую защитную пленку TGO, которая исключает любые взаимодействия между поверхностью основного сплава и внешней коррозийной окружающей средой. Основа этой защитной пленки - оксид алюминия. Хотя другие элементы, входящие в состав покрытия, могут также сформировать защитную пленку, они не являются столь же эффективными, как оксид алюминия. Содержание алюминия в NiCoCrAlY необходимо поддерживать на уровне 11многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 14%. Хром вводится в сплав в количестве 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% - он понижает количество алюминия, необходимое для формирования и сохранения защитной оксидной пленки, а также придает превосходную коррозионную устойчивость. Содержание иттрия должно составлять 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7% - он обеспечивает увеличение адгезии TGO к металлическому слою и связывание серы. Кобальт вводится в состав сплава для увеличения стойкости к высокотемпературной коррозии, его содержание должно составлять 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25%. Основной металлический слой может быть нанесен методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) для получения плотных покрытий с высокой адгезией и минимизации окисления материала в ходе напыления. Основной металлический слой может иметь толщину 20-150 мкм. На поверхность основного металлического подслоя наносится дополнительный металлический жаростойкий подслой, который выполнен из материала на основе сплавов системы NiCoCrAlY. Химический состав материала выбран на тех же основаниях, что и для основного металлического подслоя, но содержание алюминия в нем должно быть не более 13%. Дополнительный металлический слой может быть нанесен методом плазменного напыления на воздухе (APS) для получения покрытий с высокой шероховатостью, которая необходима для увеличения адгезии верхнего керамического слоя. Дополнительный металлический слой может иметь толщину 10-50 мкм. Верхний керамический теплозащитный слой выполнен из материала на основе диоксида циркония ZrO2, частично стабилизированного 6многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 8% по массе оксида иттрия Y2O3. Содержание оксидов щелочных и щелочно-земельных элементов не должно превышать 0,5% по массе. Верхний керамический слой может быть нанесен методом плазменного напыления на воздухе (APS) для получения покрытий с низким коэффициентом теплопроводности. Верхний керамический слой может иметь толщину 120-750 мкм. Заявляемый технический результат достигается только при выполнении в заявляемой последовательности нанесения слоев. В случае, если последовательность нанесения слоев, методы их нанесения и их толщины будут нарушены в силу вышеизложенного, технический результат достигнут не будет. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Многослойное теплозащитное покрытие на детали горячего тракта энергетических газотурбинных установок большой мощности, включающее основной металлический жаростойкий подслой и верхний керамический теплозащитный слой, отличающийся тем, что основной металлический жаростойкий подслой выполнен из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 14% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия, а верхний керамический теплозащитный слой выполнен из материала на основе диоксида циркония ZrO2, частично стабилизированного 6многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 8% по массе оксида иттрия Y2O3, причем между основным металлическим жаростойким подслоем и верхним керамическим теплозащитным слоем выполнен дополнительный металлический жаростойкий подслой из сплава на основе никеля, содержащего 18многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 25% кобальта, 14многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 20% хрома, 10многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 13% алюминия и 0,1многослойное теплозащитное покрытие, патент № 2532646 0,7 иттрия.

Оригинал произведения Оригинал произведения Свернуть Развернуть

Содержательная часть РИД:

Хеш-код депонирования: b73f9562c365391c758828d404a3b1f4b552e231d3bb3af51b004b1dc54a34f9

Источник поступления информации: Портал edrid.ru

‹ › ×

Авторы
Правообладатели

Показаны записи 1-10 из 45.

01.11.2018

№218.016.996f

Теплофикационная паротурбинная энергоустановка с автономным ротором цилиндра низкого давления, соединенным с отдельным электрогенератором

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при разработке новых и реконструкции действующих теплофикационных паротурбинных энергоустановок. Теплофикационная паротурбинная энергоустановка, цилиндр низкого давления ЦНД 4 которой выполнен с возможностью отключения...

Тип: Патент

Номер охранного документа: 129994

Дата охранного документа: 10.07.2013