Розподіл товщини та структура зовнішнього керамічного шару по перу лопатки газової турбіни

Анотація

Важливими елементами турбіни є робочі та соплові лопатки, матеріал та конструкція яких визначають допустиму температуру газу перед турбіною і безпосередньо впливають на техніко-економічні показники роботи газотурбінних двигунів. Поліпшення параметрів циклу газотурбінних двигунів потребує розроблення якісно нових систем захисту лопаток газових турбін і переходу від жаростійких багатокомпонентних покриттів до теплозахисних. Досліджено структуру та властивості зовнішнього керамічного шару з діоксиду цирконію, нанесеного на перо лопатки газової турбіни методом високошвидкісного випаровування–конденсації, для визначення можливості подовження терміну її служби. Рентгенофазовий аналіз оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, показав, що кількість тетрагональної та моноклінної фаз в ньому становить 30% (мас.) та 50% (мас.) відповідно. Це вказує на незавершеність переходу (стабілізації) моноклінної фази в тетрагональну при отриманні порошку. Високотемпературний відпал кераміки сприяє перерозподілу фаз в її складі, що позитивно впливає на структуру порошку, збільшуючи вміст тетрагональної фази до 70% (мас.). Нанесення керамічного шару на лопатки здійснено у вакуумі 1–10^–2 Па електронно-променевим нагріванням лопаток до 870–900 °С. Встановлено оптимальні технологічні параметри установки, які дозволяють формувати зовнішній керамічний шар на пері лопаток товщиною від 80 до 120 мкм. Нанесений керамічний шар має стовпчасту структуру з середнім діаметром кристалітів 2–3 мкм та їх довжиною, яка практично відповідає товщині нанесеного шару. Мікротвердість керамічного шару на лопатках коливається від 500 до 700 МПа. Отримані результати дозволяють зробити висновок про те, що в зовнішньому термозахисному керамічному шарі, нанесеному на лопатки газових турбін методом високошвидкісного випаровування–конденсації, забезпечується співвідношення моноклінної (5–10%) та тетрагональної (95–90%) фаз, яке відповідає найбільш прийнятним експлуатаційним властивостям.