Т. 329, № 10

Формирование и исследование плазменного градиентного покрытия с верхним слоем оксида гафния

Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения рабочей температуры и термоциклической стойкости теплозащитного покрытия для защиты от перегрева теплонапряженных узлов авиационной, ракетной техники, а также для теплоизоляции секторов-герметизаторов буровых коронок для бурения скважин в горных породах. Цель исследования: формирование методом плазменного напыления в вакууме наноструктурного градиентного покрытия с верхним слоем оксида гафния, имеющего плавное изменение химического состава и коэффициента теплового расширения. Объекты: трехслойные покрытия и градиентные наноструктурные покрытия с верхним слоем оксида гафния. Оксид гафния является привлекательным керамическим компонентом теплозащитного покрытия благодаря высокой химической, механической стабильности и его повышенным температурам фазовых переходов. Методы: растровая электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, рентгеновская дифракция и термический анализ. Результаты. Получены трехслойные наноструктурные покрытия толщиной до 120 мкм, содержащие слои NiC o C r AlY, ZrO 2 - 7 % Y 2 O 3 и HfO 2 - 9 % Y 2 O 3 , и градиентные наноструктурные покрытия NiCoCrAlY - (ZrO 2 - 7 % Y 2 O 3 +NiCoCrAlY) - ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 - (ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 +HfO 2 -9 %Y 2 O 3 ) - HfO 2 9 %Y 2 O 3 . Показано, что в трехслойном покрытии на границе слоев ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 и HfO 2 -9 %Y 2 O 3 формируется слой смешения толщиной ~5 мкм, характеризующий средний размер микрочастиц в покрытии. Для градиентных покрытий керамический слой однородный и представляет собой целостную структуру. Слой оксида гафния характеризуется кубической модификацией, слой ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 +HfO 2 -9 %Y 2 O 3 -псевдокубической модификацией, а ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 - преимущественно тетрагональной фазой. Термический анализ верхнего слоя оксида гафния показал наличие экзотермической реакции в диапазоне температур 1300…1600 °С, сопровождающейся потерей массы в 2 %, что может быть связано с частичным выходом стабилизирующего оксида из кристаллической решетки оксида гафния, его перераспределением, уменьшением дефектности и внутренних напряжений в покрытии. Рентгеновская дифрактометрия показала сохранение кубической структуры оксида гафния после термического анализа при уменьшении параметра кристаллической решетки а.

Ключевые слова:

оксид гафния, плазменное напыление, термический анализ, наноструктурные покрытия, теплозащитные покрытия, градиентные покрытия, авиационная техника, ракетная техника, электронный ресурс,

Авторы:

Савушкина Светлана Вячеславовна

Полянский Михаил Николаевич

Высотина Елена Александровна

Ашмарин Артем Александрович

Скачать PDF