×
20.06.2019
219.017.8cc0

Результат интеллектуальной деятельности: ПОВТОРЯЮЩЕЕ КОНТУР ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ КОМПРЕССОРА ГАЗОВЫХ ТУРБИН

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к системе многослойных покрытий для коррозионно нагруженных деталей. Система покрытия для подложки включает первый, второй и третий слои, при этом первый слой выполнен как усиливающий сцепление слой, второй слой представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой, а самый верхний, третий, слой представляет собой керамический оксидный слой с твердостью по меньшей мере 20 ГПа. Подложка представляет собой составную часть детали компрессора стационарной газовой турбины. Все слои покрытия наносят способом физического осаждения из газовой фазы. Изобретение направлено на улучшение стойкости деталей газовых турбин к эрозии. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к системе многослойного покрытия для коррозионно нагруженной подложки.

Детали газовых турбин подвержены воздействию коррозионно-агрессивной среды. Для защиты этих деталей от коррозии наносятся покрытия. Так, для деталей компрессора газовых турбин, особенно стационарных газовых турбин, применяется содержащий алюминиевые частицы высокотемпературный лак. Однако покрытия этого типа имеют низкую интегральную твердость (примерно 50 HV). Вследствие этого также является относительно низкой устойчивость к эрозии (например, к эрозии потоком твердых частиц или к гидроударной эрозии потоком капель). Незначительная интегральная твердость прежде всего объясняется мягкостью алюминиевых частиц в покрытии. Вследствие низкой стойкости к эрозии детали нужно обследовать на наличие эрозии через определенные промежутки времени, в случае необходимости удалять покрытие, проводить испытание и вновь наносить такое же покрытие. Этот порядок действий занимает много времени и является трудоемким. Поэтому поставлена задача улучшить стойкость деталей газовых турбин к эрозии.

Эта задача решается посредством системы покрытия с признаками по пункту 1 формулы изобретения. Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из дополнительных и зависимых пунктов формулы изобретения, фигур и примеров выполнения.

Первый аспект изобретения относится к системе покрытия для коррозионно нагруженной подложки с поверхностью, включающей по меньшей мере первый, второй и третий слои, в которой

- размещенный между поверхностью подложки и вторым слоем первый слой выполнен как усиливающий сцепление слой,

- второй слой представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой, и

- размещенный на обращенной от подложки стороне второго слоя третий слой представляет собой керамический оксидный слой с твердостью по меньшей мере 20 ГПа.

Система покрытия по изобретению выгодна тем, что по сравнению с традиционными покрытиями она меньше нуждается в техническом обслуживании, и поэтому могут выбираться более длительные интервалы времени для обслуживания и ремонта. Благодаря этому система является экономически более эффективной, так как нужно затрачивать меньшие средства и меньше времени на ее обслуживание. Наряду с повышенной стойкостью к эрозии, покрытие по изобретению имеет по меньшей мере сходные характеристики стойкости к вибрационному (усталостному) коррозионному растрескиванию, как у содержащего алюминиевые частицы высокотемпературного лака.

Величины твердости в единицах ГПа относятся к давлению, до которого покрытие может сопротивляться внедрению предмета.

Формирование первого слоя в качестве усиливающего сцепление слоя преследует цель усиления сцепления между основным материалом и вторым слоем системы покрытия. Первый слой системы покрытия предпочтительно содержит хром или нитрид хрома.

Второй слой предпочтительно обеспечивает катодную защиту подложки, исполняя функцию анодного протектора. Пластичность второго слоя предпочтительно служит для восприятия удлинений при вибрационной нагрузке без образования трещин в слое. Столбчатая структура второго слоя благоприятным образом служит для компенсирования внутренних напряжений, которые обусловливаются третьим слоем. Столбчатая структура второго слоя предпочтительно состоит из алюминийсодержащего сплава, например, сплава, включающего алюминий и хром.

Третий слой системы покрытия по изобретению предпочтительно содержит оксид алюминия, и/или оксид хрома, и/или оксид алюминия-хрома в структуре твердого раствора. Он также может полностью состоять из этих оксидов. Благодаря оксидам третий слой является устойчивым к окислению, так как он уже состоит из по меньшей мере одного оксида и поэтому может быть использован при высоких температурах. Третий слой имеет очень плотную структуру. Третий слой, помимо всего прочего, действует как коррозионная защита второго слоя. Кроме того, третий слой вследствие своей керамической природы проявляет изолирующее действие, благодаря чему выгодным образом предотвращаются гальванические эффекты. Кроме того, третий слой является значительно более твердым, чем основной материал, и поэтому действует для нижележащих слоев и основного материала как защита от эрозии, в особенности против гидроударной эрозии потоком капель и эрозии потоком твердых частиц. Твердость третьего слоя предпочтительно составляет примерно 25 ГПа.

Подложка, на которую нанесены эти три слоя, предпочтительно представляет собой составную часть детали компрессора газовой турбины. Особенно предпочтительно, чтобы подложка была составной частью детали компрессора стационарной газовой турбины. Деталь компрессора может быть, например, лопаткой компрессора.

Второй аспект изобретения относится к детали компрессора газовой турбины с системой покрытия по изобретению. Другими словами, соответствующая изобретению деталь компрессора газовой турбины включает систему покрытия для коррозионно нагруженной подложки с поверхностью, включающей по меньшей мере первый, второй и третий слои, в которой размещенный между поверхностью подложки и вторым слоем первый слой выполнен как усиливающий сцепление слой, второй слой представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой, а размещенный на обращенной от подложки стороне второго слоя третий слой представляет собой керамический оксидный слой с твердостью по меньшей мере 20 ГПа. При этом газовая турбина предпочтительно представляет собой стационарную газовую турбину.

Третий аспект изобретения относится к способу изготовления системы покрытия для коррозионно нагруженной подложки, включающей три слоя, соответствующие системе покрытия по изобретению, причем материал всех слоев наносят способом физического осаждения из газовой фазы (физическое осаждение из паровой фазы, PVD). Способ выгоден тем, что не требуется термическая обработка, которая должна проводиться при нанесении традиционных слоев. Кроме того, нанесенные способом PVD слои имеют выгодную шероховатость поверхности, которая обеспечивает хорошие аэродинамические характеристики. Кроме того, способ PVD является благоприятным для нанесения покрытия, поскольку толщина слоя может составлять до 10 мкм, и поэтому могут быть получены детали с точно воспроизводящим их контуры покрытием, то есть не требуются никакие дополнительные маскирования.

Слои системы покрытия предпочтительно наносят катодным электродуговым напылением и/или распылением. Другими словами, слои могут быть нанесены одним из указанных способов или сочетанием обоих способов.

Изобретение более подробно разъясняется с помощью фигур, на которых показано:

Фигура 1 - вариант выполнения системы покрытия;

Фигура 2 - полученное с помощью электронного микроскопа изображение варианта выполнения согласно фигуре 1;

Фигура 3 - технологическая блок-схема одного варианта выполнения способа по изобретению.

В представленном на фиг. 1 варианте выполнения система покрытия 1 имеет подложку 2 с поверхностью 2а, первый слой 3, второй слой 4 и третий слой 5. Подложка 2 содержит по меньшей мере один металл и может быть металлическим сплавом. В коррозионно-агрессивных условиях подложка 2 может быть подвержена коррозии.

Первый слой 3 размещен на поверхности 2а и имеет толщину примерно 100 нм. Он предпочтительно состоит из хрома или нитрида хрома, но по своему назначению в качестве усиливающего сцепление слоя также может содержать другие металлы и, соответственно, иметь другой состав, например, типа MCrAlY.

Второй слой 4 размещен на первом слое 3 и имеет толщину в диапазоне 0,5-5,0 мкм, предпочтительно 1,0-3,0 мкм. Второй слой 4 представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой из алюминиевого сплава. Например, второй слой 4 состоит из сплава, содержащего алюминий и хром; но в альтернативном варианте сплав может содержать также дополнительные металлы или иные металлы, нежели хром.

Третий слой 5 размещен на втором слое 4 и имеет толщину в диапазоне 0,5-10,0 мкм, предпочтительно 1,0-5,0 мкм. Третий слой 5 представляет собой твердый керамический оксидный слой с очень плотной структурой. Материал третьего слоя 5 представляет собой смесь из оксида хрома и оксида алюминия, предпочтительно из соединения со структурой твердого раствора оксида алюминия-хрома и дополнительных интерметаллических соединений Al-Cr. В третьем слое 5 также могут присутствовать дополнительные оксиды и другие соединения или элементы. Третий слой 5 является устойчивым к коррозии, так как он уже состоит из оксидов. Благодаря этому третий слой 5 защищает подложку 2 и другие слои от коррозии. Керамические компоненты придают третьему слою 5 высокую твердость, которая типично составляет до 25 ГПа. Тем самым третий слой 5 является значительно более твердым, чем подложка 2 и другие слои. Высокая твердость является эффективной против эрозии, в особенности против гидроударной эрозии потоком капель и эрозии потоком твердых частиц.

Толщина системы покрытия в целом может составлять до 20 мкм. При этом отдельные слои, в особенности второй 4 и третий слой 5, также могут иметь бóльшую толщину, чем приведено выше. Показанная в Фиг. 2 масса 6 для шаржирования нанесена на третий слой 5 для металлографических исследований. Притирочный слой содержит неорганические оксиды. Фигура 2 представляет снятое в растровом электронном микроскопе изображение системы покрытия 1, в которой первый слой 3 из-за его незначительной толщины едва различим.

Подложка 2 предпочтительно относится к детали компрессора, предпочтительно к лопатке компрессора стационарной газовой турбины. Однако она может принадлежать также другой детали или составной части стационарной газовой турбины или другой газовой турбины.

Для изготовления описываемой системы покрытия 1, в одном варианте выполнения способа по изображению на Фиг. 3, на первой стадии S1 обеспечивают подложку 2 с поверхностью 2а. На второй стадии S2 наносят материал первого слоя 3 физическим осаждением из газовой фазы (PVD). На третьей стадии S3 наносят материал второго слоя 4, также способом PVD. На четвертой стадии S4, также способом PVD, наносят материал третьего слоя 5.

При этом в качестве предпочтительного PVD-способа проводят катодное электродуговое напыление. Также предпочтительным способом является катодное распыление. Также является предпочтительным, когда оба способа сочетаются друг с другом. Другими возможными применимыми способами, которые могут быть использованы альтернативно и/или в комбинации с вышеуказанными способами, являются термическое испарение, электронно-лучевое испарение, испарение лазерным лучом или электродуговое испарение.

Очевидные для специалиста вариации и изменения изобретения находятся в пределах объема правовой охраны формулы изобретения.


ПОВТОРЯЮЩЕЕ КОНТУР ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ КОМПРЕССОРА ГАЗОВЫХ ТУРБИН
ПОВТОРЯЮЩЕЕ КОНТУР ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ КОМПРЕССОРА ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 71-80 из 1 458.
20.08.2013
№216.012.5f99

Способ изготовления отверстия

Изобретение относится к способу изготовления в детали отверстия с ограничительными боковыми сторонами. Способ включает направление на поверхность детали лазерного луча (4) и образование отверстия (2) путем испарения материала детали. Отверстие изготавливают за несколько технологических проходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490105
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.64f1

Горелочное устройство

Изобретение относится к области энергетики. Горелочное устройство установки для сжигания текучих видов топлива содержит горелочную втулку (18), по меньшей мере, один канал (3, 4) для подачи воздуха и, по меньшей мере, один канал (9, 13, 19, 23) для подачи соответствующего топлива, при этом, по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491478
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.6568

Система управления, управляющее вычислительное устройство и способ функционирования системы управления

Группа изобретений относится к защищенной от отказов системе управления. Технический результат заключается в упрощении конструкции системы управления с сохранением ее отказоустойчивости. Для этого предложена система управления с управляющим вычислительным устройством, которое предусмотрено для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491597
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.6570

Система регулирования тока и способ для регулирования тока

Группа изобретений относится к средствам регулирования тока. Технический результат заключается в повышении надежности и точности системы регулирования тока. Для этого предложена система регулирования тока, которая содержит по меньшей мере одну продольную ветвь с линейным продольным регулятором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491605
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65b5

Проводниковая система для резистивного переключательного элемента по меньшей мере с двумя связками проводников из сверхпроводящих проводниковых лент

Изобретение относится к электротехнике, к проводниковым системам резистивных переключающих элементов. Технический результат состоит в повышении электрической прочности, уменьшении индуктивности и потерь в переменном поле и улучшении охлаждения. Проводниковая система (1А) для резистивного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491674
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65ca

Устройство для энергопитания длинной статорной обмотки с несколькими секциями обмотки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для энергопитания. Техническим результатом является обеспечение компенсации реактивной мощности независимо от регулирования источника энергии. Устройство для энергопитания длинной статорной обмотки (1), имеющей несколько...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491695
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65cd

Магнитное устройство электрической машины с трубопроводом охладителя

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения магнитных устройств электрических машин с основой, выполненной ферромагнитной, и снабженных трубопроводами охладителей. Технический результат, достигаемый при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491698
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65fe

Защищенная от манипулирования передача данных между автоматизированными приборами

Изобретение относится к способу передачи дейтаграммы между автоматизированными приборами автоматизированных установок. Для того чтобы передачу дейтаграмм между автоматизированными приборами (20а, 20b) с применением сравнительно незначительной вычислительной мощности защитить от ошибок или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491747
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.6838

Составная часть машины и газовая турбина

Составная часть машины для газовой турбины с основной частью, изготовленной из исходного материала, которая в частичной области своей поверхности снабжена футеровкой из наносимого материала с большей твердостью и/или вязкостью по сравнению с исходным материалом. Футеровка образована некоторым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492327
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6915

Силовой полупроводниковый модуль с боковыми стенками слоистой конструкции

Изобретение относится к силовому полупроводниковому модулю. Технический результат - предложение силового полупроводникового модуля, обладающего высокой взрывоустойчивостью и изготавливаемого с особенно оптимальными затратами. Достигается тем, что в силовом полупроводниковом модуле (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492548
Дата охранного документа: 10.09.2013
Показаны записи 1-3 из 3.
25.08.2017
№217.015.a1c0

Способ удаления слоев для твердых углеродных слоев

Изобретение относится к способам реакционного удаления с поверхности подложки покрытия из углеродных слоев. Осуществляют размещение освобождаемой от покрытия подложки на держателе подложки в вакуумной камере, подачу в вакуумную камеру по меньшей мере одного реакционного газа, обеспечивающего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606899
Дата охранного документа: 10.01.2017
26.08.2017
№217.015.d7c3

Слои монооксида молибдена и их получение с помощью pvd

Изобретение относится к покрытию изделий, инструментов и конструктивных элементов, которые должны иметь хорошие скользящие свойства или которые применяются в трибологических системах, в которых, как правило, должно применяться смазочное вещество для снижения трения. Смазывающее покрытие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622553
Дата охранного документа: 16.06.2017
19.01.2018
№218.016.0b2d

Нанесенное электродуговым напылением покрытие al-cr-o, содержащее si, имеющее улучшенную кроющую способность

Изобретение может быть использовано при нанесении оксидного покрытия, в частности Al-Cr-O, на подложку методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Осуществляют нанесение реакционного PVD-покрытия на поверхность подложки в камере с использованием технологического газа, содержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632348
Дата охранного документа: 04.10.2017
+ добавить свой РИД