Формирование теплозащитных покрытий методом пиролиза солей Zr-Y в Ar-He-H2 плазме

Abstract

An experimental set-up has been designed and manufactured. Samples with heat protective ceramic coating have been obtained at the set-up by injecting in Ar-He-H2 plasma ZrO2-Y2O3 precursor. Spray coating modes have been established. The results of thermal-cycle testing in 100° С-1150° С(15 min)-100° С cycle mode showed the advantage of the obtained coatings over the traditional plasma one by 40%. The authors assume that ZrO2-Y2O3 precursor alloying with rare earth metal oxides will increase the operating temperature of the coating. The injection of ZrO2 – 7%Y2O3 precursor in plasma was performed with air atomizing burner. During spray coating, the surface temperature of the samples did not exceed 700-750°С. The characteristic surface texture of the thermal barrier coating is shown in Fig.4. The study of the coating microstructure by means of JEOL JSM6510LV electron microscope showed existence of ZrO2 + 7%Y2O3 spherical particles, particles with full and partial penetration, fusion and cross-sectional microcracks. Prior to TBC formation the samples were covered with PKH-27YU7SZI (ПКХ-27Ю7С3И) 170 µm metal heat-proof layer using a traditional plasma method. Thermal-diffusion vacuum annealing at a temperature of 1050°С was executed during 4 hours.

Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, на которой получены образцы с теплозащитным керамическим покрытием путём впрыска прекурсора ZrO2-Y2O3 в Ar-He-H2 плазму. Установлены режимы напыления. Результаты термоциклических испытаний при режиме цикла – 100° С-1150° С(15 мин)-100° С показали преимущество полученного покрытия над традиционным плазменным на 40%. Авторы предполагают, что легирование прекурсора ZrO2-Y2O3 оксидами редкоземельных металлов приведёт к повышению температуры эксплуатации покрытия. Впрыск прекурсора ZrO2 – 7%Y2O3 в плазму осуществлялся при помощи пневматической форсунки. В процессе напыления температура на поверхности образца не превышала 700-750° С. Характерная структура поверхности ТЗП представлена на рис. 4. Анализ микроструктуры покрытия на электронном микроскопе JEOL JSM6510LV показал наличие сферических частиц ZrO2+7%Y2O3 частиц с полным и частичным проплавлением, сплавлением и поперечные микротрещины. Перед формированием керамического ТЗП на образцы был нанесён металлический жаропрочный слой ПКХ-27Ю7С3И 170 мкм традиционным плазменным методом и выполнен термодиффузионный отжиг в вакууме при температуре 1050° С в течение 4 часов.