Звіт про науково-дослідну роботу: „ Розробка оксидних матеріалів на основі zro2, комплексно легованого оксидами гадолінію, лантану, ітрію, церію для створення нового покоління теплозахисних покриттів на деталях газотурбінних двигунів”

Abstract

ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ – складно-композиційна кераміка на основі ZrO2, легованого концентратами оксидів РЗЕ природнього походження, електронно-променева технологія нанесення новітніх покриттів, жаростійкий та керамічні шари термобар,єрних покриттів. МЕТА РОБОТИ - створення фізико-хімічних основ мікроструктурного проектування та розробка високовогнетривких теплозахисних покриттів на основі ZrO2, комплексно легованого оксидами ітрію та лантаноїдів. Вперше для створення керамічного шару на основі ZrO2 термобар,єрних покриттів методом електронно-променевого випаровування–конденсації (EB-PVD) використано концентрати оксидів рідкісно-земельних елементів (РЗЕ) природного походження церієвої та ітрієвої підгруп. Проведено аналіз сучасних розробок в галузі створення термобар,єрних покриттів (ТБП) та визначено перспективність високоентропійних та складно-композиційних матеріалів на основі ZrO2, легованого сумішшю оксидів РЗЕ для мікроструктурного проектування керамічного шару ТБП. Проаналізовано характер взаємодії між оксидами лантаноїдів у кожній підгрупі на основі відомих діаграм стану та створено теоретичні діаграми стану систем Ln2O3 – LnI2O3 та Ln2O3 - Y2O3. Розроблено основи технології одержання мішеній ( d= 68,5 ± 0,5мм, h = 55 ± 5 мм) з порошків на основі ZrO2 та визначено оптимальні параметри нанесення новітніх покриттів методом EB-PVD. Вивчено структуру і фазовий склад внутрішнього жаростійкого шару ТБП зі сплаву NiCrAlY та режим формування дифузійного бар’єрного шару на межі внутрішній металевий жаростійкий шар / зовнішній керамічний шар двошарового термобар’єрного покриття. Вперше одержано та досліджено двошарові термобар’єрні покриття метал / кераміка, осаджені за один технологічний цикл на лопатки першої ступені турбіни ЗМКБ «Прогрес» методом EB-PVD. Одержано гладко-шорсткуваті щільні глянсові покриття завтовшки від 75 до 95 мкм. Проведено порівняльний аналіз керамічних шарів зі складно-композиційної кераміки на основі ZrO2, комплексно легованого сумішшю оксидів РЗЕ та стандартного покриття на основі ZrO2, стабілізованого оксидом ітрію. Визначено особливості утворення ламінарної мікроструктури новітніх покриттів в залежності від їх складу. Встановлено, що мікротвердість новітніх покриттів нижча, ніж у стандартного, але їх термоциклічна довговічність на 16 % вища, ніж у стандартного покриття системи ZrO2 – Y2O3. КЛЮЧОВІ СЛОВА: ДІОКСИД ЦИРКОНІЮ, ОКСИДИ ЛАНТАНОЇДІВ, ТЕРМОБАР,ЄРНІ ПОКРИТТЯ, КЕРАМІЧНІ ПОКРИТТЯ, ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВА ТЕХНОЛОГІЯ, ВИКОРИСТАННЯ ПОКРИТТІВ, СКЛАДНО-КОМПОЗИЦІЙНА КЕРАМІКА.