строение (557054), страница 26
Текст из файла (страница 26)
имеющих высокое сродство к кислороду), то наиболее часто в состав жаростойких покрытий вводят такие элементы как Сг, Т1, А1, 51, Н1, Ег и др., имеющие высокое сродство к кислороду и образующие на поверхности тугоплавкие оксиды этого элемента (например, А!яО„З!О„ХгОя и др.) или комплекс- ные оксиды нескольких элементов (например, Х!Сгя0„2СгяОо 3!Оя, МдО А!,0, и др.) с высокой защитной способностью. Применение металлических покрытий ограничивается 800... ... 1000 'С. При более высоких температурах они малоперспективны, так как быстро рассасываются вследствие ускоренных диффузионных процессов.
Покрытия из тугоплавких оксидов используются как жаростойкие при температурах) 2000 'С. При умеренно высоких температурах (1100... 1400 'С) они хрупки, не термостойки и не имеют достаточной прочности сцеплени я с подложкой. Поэтому тугоплавкие оксиды широко используются как составная часть комплексных жаростойких покрытий, применяемых в широком температурном интервале.
В качестве жаростойких наиболее широко применяются различные интерметаллические и металлокерамические композиции, в которых основной структурной составляющей служат тугоплавкие химические соединения — алюминиды, бориды, силициды, карбиды или их сплавы, образующие па поверхности газоиепроппцаемые оксидные пленки. Эги соединения термодинамически устойчивы вплоть до температуры плавления, имеют достаточно высокое сопротивление окислению, которое может быть еще более увеличено дополнительным легированнем, хорошее соответствие с металлами по характеристикам термического расширения, достаточную прочность адгезионной связи с металлами и высокую стойкость к диффузионному рассасыванию в них.
Однако присущие тпм или иным соединениям недостатки (хрупкость при термоциклировании„ недостаточные самозалечивающие свойства и пр.) могут быть устранены специальным легированием. Для защиты от высокотемпературной газовой коррозии сплавов на основе никеля, кобальта, и железа, широко используемых в ка-' честве конструкционных материалов деталей авиационных двигателей, применяют алюминидные, алюминидно-хромовые, никельалюминидные покрытия„наносимые методами диффузионного насьпцения, шликерного наплавления, вакуумными и ионно-плазменными методами напыления. Каждому из указанных методов присущи свои технологические особенности и недостатки, в то же время свойства получаемых с их помощью покрытий (при сравнении покрытий одинакового фазового состава и толщины) практически одинаковы.
Основными структурными составляющими покрытий являются алюминиды никеля (%А! и %,А1). Причем основу внешней зоны обычно составляет %А1 или %А1 + % А1. Именно эти соединения и определяют защитные свойства алюминидных покрытий при высоких температурах, поскольку на их поверхности образуется плотный слой защитного оксида со структурой а-А!яО,. Легирование алюминидных покрытий хромом, иттрием, кремнием в оптимальных количествах повышает жаростойкость сплавов системы И! — А1.
Достоинством алюминидов никеля является их высокая стойкость в средах, содержащих серу, которая еще более увеличивается при легировании хромом, иттрием. Опыт использования алюминидных покрытий для защиты, например, лопаток турбин ГТД показывает возможность увеличения ресурса лопа лопаток в 2... 3 раза. Предельные температуры эксплуатации — 1100 'С, Работоспособность при этих температурах составляет 400... 500 ч, тогда как при 950 'С вЂ” 9000... 10000 ч, Срок бы алюминидных покрытий в присутствии агрессивных соединений Ч,О, и Ха,504, образующихся в результате сгорания авиационных топлив, сокращается по сравнению с окислением на воздухе в тысячи раз. Увеличение коррозионной стойкости покрытий в этих средах достигается дополнительным легированием хромом и кремнием.
Преимуществом алюминидных покрытий является отсутствие неблагоприятного влияния на жаропрочные свойства никелевых сплавов и увеличение долговечности деталей, защищенных покрытиями вследствие повышения в 1,5 ... 2 раза сопротивления развитию термоусталостных трещин. Особое внимание уделяется защите от высокотемпературной газовой коррозии тугоплавких металлов (ХЬ, Мо, % и др.) и сплавов на их основе. Они являются самыми перспективными конструкционными материалами в области 1!50...
1800 'С, но ввиду очень низкои жар аростойкости применение этих материалов возможно, только при ус и условии обеспечения надежной защиты от окисления. Основными типами покрытий для тугоплавких металлов и их сплавов являются м ются металлические, интерметаллические (алюминидные, силицидные), комплексные. К наиболее распространенным метал- покрытиям относятся хромовые, алюминиевые и хромо- ! 'С алюминиевые йокрытия, защитная способность которых при ! 00 оценивается 50 ч. До 1100 ... 1200 'С эффективны алюминидные покрытия систем ытия систем А! — 8п, А1 — Т1 — Я, защитная способность которых основан снована на образовании поверхностной пленки оксида А!,О,. При более высоких температурных вплоть до 1700 ...
1800 'С наиболее надежны силицидные покрытия, основой которых являются силициды металлов ТЧ... Ч1 групп. Высокое сопротивлени вление окислению этих силицидов обусловлено пренебрежимо малой растворимостью кислорода в их решетках и термодинамически предпочтительным формированием на поверхности при высокотемпературном взаимодействии с кислородом кремнезема— стекловидной пленки ЯО„являющейся эффективным барьером для проникновения кислорода, по реакции: 5 МеЯ, + 70, = =- Ме,5!з + 7ЯО,. Недостатки, присущие простым тугоплавким силицидам, г главные из которых — склонность к катастрофическому разрушению п и зрушению при 600... 800 'С, низкие самозалечивающие своиства, разли личие объемных отношений и КТР в сравнении с подложкой — устраняются легированием.
Поэтому силицидные жарост " остойкие покрытия преимущественно многокомпонентные или комплексные. Основой большинства из них является МоЯ„имеющий наилучшую из всех простых дисилицидов жаростойкость. В качестве легирующих элементов в покрытиях си- лицидного типа наиболее часто встречаются элементы (Мо, Сг, Т1, А1, Ч, В, Ре, Мп, Ч) с высоким химическим сродством к кислороду и участвующие совместно с 5! в образовании плотных газо- непроницаемых для кислорода стекловидных оксидных пленок на поверхности.
Некоторые из них (В, Ч, Мп, Ре) повышают также самозалечивающне свойства окалины вследствие образования жидкотекучих оксидов. Срок службы силицидных покрытий зависит от состава покрытия, состава защищаемого сплава, агрессивности среды. Для атмосферных стационарных условий разработаны легированные силицидные покрытия, обеспечивающие защиту от окисления деталей из ниобиевых сплавов — до 1400 'С в течение 200 ч, из молибденовых — от 500 ч при 1200 'С до 1 ч при 1800 'С, из вольфрамовых — до 1800 'С в течение !...
3 ч. С целью увеличения эрозионной стойкости, надежности и повышения рабочих температур (на 200 ... 400 'С) на силицидные покрытия наносят, например плазменным напылением, слой из тугоплавких оксидов (ХгО„ Н(О„ А!зО, и др.) или эмалей. Так,в динамических кислородсодержащих средах их защитная способность и срок службы значительно ниже, чем в статических. В жидкометаллических средах (Ь1, К, На) покрытия дисилицидного типа малостойки— после 100 ч испытания при !200 'С защитные свойства практически тер яются.
Проблемным вопросом является защита деталей из сплавов на основе тугоплавких металлов, работающих при одновременном воздействии высоких температур, напряжений и высокоэнтальпийных газовых потоков, являихцихся рабочими условиями авиационных деталей. Положительное решение этой проблемы позволило бы реализовать жаропрочные свойства тугоплавких металлов и их сплавов в реальных авиационно-космических конструкциях и существенно повысить их эксплуатационные характеристики. В указанных условиях высокоскоростных окислительных газовых потоков наличие в защитном покрытии даже небольших по размеру технологических или эксплуатационных дефектов (- О,!...
1,0 мм приводит к локальному выделению тепла в окрестности дефекта, испарению и уносу оксидных защитных пленок с этих участков. В результате может возникнуть самовозгорание конструкции. Необходимы покрытия с быстрозалечивающим механизмом дефектов поверхности, чтобы материал защищаемого сплава не успел нагреться до температуры испарения его оксида. К таким покрытиям относятся сложнолегированные жаростойкие покрытия на основе кремния системы Я вЂ” Т1 — Мо с модифицирующими элементами (В, Ч, Ре, Мп и др.). Принципиальным отличием этих покрытий от традиционных является формирование при их нанесении гетерофазной структуры, представляющей собой каркас из высокотемпературного легированного дисилицида (ТЬ Мо) Я„пространство внутри которого заполнено вязкой, хорошо смачивающей эту фазу относительно легкоплавкой эвтектикой (Я + Т)Я,).
Такая !!з структура имеет повышенное сопротивление эрозиониому уносу поверхностных слоев и обеспечивает быстрое залечивание дефектов покрытия вследствие ускоренного диффузионного переноса кремния и легирующих элементов, ускоряющих эффект самозалечивания дефектов к поверхности через эвтектическую составляющую, Иккосостойкяе покрытия Износостойкие покрытия применяют для увеличения стойкости деталей к разрушению при работе в условиях трения путем повышения твердости и сопротивляемости износу рабочего поверхностного слоя.
Применяемые материалы покрытий должны быть высокотвердыми, износостойкими и во многих случаях теплостойкими. Эти общие требования необходимы для обеспечения стойкости к изнашиванию большого количества деталей авиационных конструкций, работающих в разнообразных условиях 1рения: при контакте с трущимися деталями, вызывающем абразивный износ поверхности (валы, шестерни, оси, пальцы, ролики, распределительные валики и т. п.); при воздействии потока жидкости или газа, приводящем к эрозионному или (при наличии в потоке твердых частиц) гидро-, газообразивному износу (детали топливной, охлаждающей систем и др.); при воздействии на изнашивающуюся поверхность многократно повторяющихся знакопеременных или динамических нагружений (рабочие и сопловые лопатки, валы, диски турбин и т. п.), приводящем к контактно-усталостному износу, и др. Высокую износостойкость в сочетании с перечисленными выше специальными свойствами поверхности обеспечивают покрытия на основе металлоподобных и керамических соединений типа карбидов, нитридов, боридов, силицидов, оксидов, их сложных соединений, например карбонитридов, оксикарбонитридов, и композиций с металлами, например на основе систем типа Сг — ЕгО„ % — А1,О„Сг — Сг„С„% — ттС и др.
Основными методами создания износостойких покрытий на деталях авиационной техники являются диффузионное насыщение с применением ХТО (цементации, азотирование, нитроцементация, борирование и др.), ионноплазменное, электронно-лучевое и детонационное напыление, осаждение из газовой фазы, электроискровое легирование. В последнее время особое внимание уделяется нанесению тонких износостойких покрытий (5 ... 1О мкм) из карбидов и нитридов тугоплавких металлов, осаждаемых из газовой фазы, либо напыляемых ионно-плазменным, катодным и другими методами газотермического напыления иа рабочую поверхность стальных, титановых деталей. Преимуществом этих методов является большая универсальность в возможности создания композиционных слоев, восстановлении изношенных поверхностей, а также значительная скорость нанесения покрытий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
