Золотоверх В.А., Микитчик А.В., Рудой Ю.Э.

(1-НТУУ КПІ, 2-МЦ ЕПТ ІЕЗ ім. Е.О.Патона , м. Київ)

Дослідження структури та властивостей дифузійного барєрного шару в жаростійкому покритті NiAl, отриманому по одностадійній електронно-променевій технології

Для захисту високотемпературних деталей сучасних газотурбінних двигунів (ГТД), виготовлених з жароміцних сплавів, широко застосовуються жаростійкі покриття. Постійне підвищення робочої температури ГТД вимагає розробки жаростійких покриттів з підвищеним ресурсом. Довговічність покриттів залежить від термічної стабільності системи покриття-підкладка. За високої температури матеріал покриття деградує за рахунок взаємодифузії основних хімічних елементів між підкладкою і покриттям. Оптимальним рішенням проблеми зменшення взаємодифузії є нанесення бар'єрного шару на межі жароміцного сплаву з жаростійким покриттям.

бар'єрний шар (як правило, з карбідів, боридів, нітридів або металів, таких, як хром, рутеній чи платина) наносять в окремому технологічному процесі перед осадженням жаростійкого покриття. Але доцільно об`єднати ці процеси в одному технологічному циклі.

Жаростійкі покриття на основі β-NiAl та бар’єрного шару хрому на межі з жароміцним сплавом ЭП-99 (ХН50МВКТЮР) наносились методом електронно-променевого випаровування та конденсації у вакуумі за один технологічний цикл. Мікроструктуру отриманих покриттів, а та їх товщину вивчали за допомогою растрового електронного мікроскопа Tescan Vega 3. Хімічний склад оцінювали за допомогою енергодисперсійної приставки INCA-200 до скануючого електронного мікроскопу CamScan 4D.

Структура жаростійкого покриття β-NiAl без бар’єрного шару та з бар’єрним шаром після відпалу на протязі 2 годин у вакуумі при температурі 1080^оС показана на рис. 1а та рис.1б відповідно. Розподіл елементів на межі між дифузійною зоною та β-NiAl наведено на рис.2. Характерний для бар’єрного шару пік хрому зображений на рис.2б.

У вихідному стані товщина дифузійної зони покриття з додатковим бар’єрним шаром на основі хрому є меншою і становить 25 мкм у порівнянні з дифузійною зоною покриття без бар’єрного шару, що складає 35 мкм. Після термообробки у дифузійній зоні, біля поверхні жароміцного сплаву, утворюються бар’єрний шар карбідів хрому, мікротвердість яких знаходиться на рівні 10 ГПа. Нанесення додаткового шару хрому сповільнює дифузію алюмінію з покриття в жароміцний сплав.

На підставі наведених результатів показана можливість ефективного формування бар'єрних шарів методом електронно-променевого випаровування і конденсації у вакуумі.