БАГАТОШАРОВІ ПОКРИТТЯ — НОВИЙ ЕТАП СТВОРЕННЯ СУЧАСНИХ ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ ТЕРМОБАР’ЄРНИХ ПОКРИТТІВ
I. ДВОШАРОВІ ТБП LA₂ZR₂O₇ (LZ₂)/YSZ

Анотація

На початок ХХІ століття класичне термобар’єрне покриття (ТБП) YSZ (ZrO₂, стабілізований Y₂O₃) досягло верхньої температурної межі експлуатації (1200 °С). Подальше підвищення температури і пов’язане з ним збільшення ефективності роботи газотурбінних двигунів стало можливим завдяки: комплексній стабілізації ZrO₂; використанню інших cполук (оксиди зі структурами типу флюориту (La₂Ce₂O₇), пірохлору (La₂Zr₂O₇, La₂Hf₂O₇), магнітоплюмбіту (LaMgAl₁₁O₁₉), перовськіту (SrZO₃) та інших; конструюванню функціонально градієнтних та двошарових TБП. В останніх нижнім шаром є переважно YSZ, коефіцієнт термічного розширення якого узгоджується з КТР зв’язуючого покриття (ЗП). Для верхнього шару покриття запропоновано різні матеріали з низькою теплопровідністю (у першому повідомленні представлено огляд робіт зі створення ТБП La₂Zr₂O₇(LZ₂)/YSZ). Двошарові ТБП LZ₂/YSZ можна успішно одержувати всіма розробленими методами: плазмовим нанесенням у повітрі (APS), електронно-променевим випаровуванням–конденсацією (EB-PVD), плазмовим напиленням суспензії (SPS) та іншими. Фази LZ₂ і YSZ мають хорошу хімічну сумісність навіть після спікання при 1400 °С протягом 24 год. Невідповідність КТР шарів все ще залишається серйозною проблемою. Покриття LZ₂/YSZ мають кращу стійкість до термічного удару порівняно з наноструктурованими та звичайними TБП YSZ. Для одержання якісних двошарових покриттів з верхнім шаром LZ₂ необхідно знизити параметри APS, щоб уникнути втрат лантану. Зниження модуля пружності матеріалу таких двошарових ТБП є корисним для зменшення схильності до поширення тріщин. Фаза LZ₂ знижує кисневу проникність керамічного шару в двошарових TБП, таким чином запобігаючи окисненню зв’язуючого покриття та швидкому зростанню термічно вирощеного оксиду (ТВО). Двошарові ТБП LZ₂/YSZ мають вищу стійкість до гарячої корозії під дією силікатів Ca–Mg–Al (CMAS) та V₂O₅ + Na₂SO₄ порівняно з відповідними одношаровими. Легування LZ₂ оксидом CeO₂ збільшує КТР двошарового покриття, нанесеного методом APS, що підвищує його подуктивність. Огляд двошарових ТБП La₂Zr₂O₇(LZ₂)/YSZ дозволяє констатувати перевагу над одношаровими, оскільки кожен шар покриття вносить свій позитивний вклад у покращення властивостей покриття в цілому і пригнічення власних слабких сторін, що в підсумку дозволяє підвищувати робочу температуру і збільшувати термін експлуатації енергетичного устаткування.