Новое многофункциональное покрытие для ответственных деталей энергетического машиностроения

В лаборатории плазменных технологий и полифункциональных покрытий Института проблем машиностроения Российской академии наук – филиала ИПФ РАН – разработана инновационная технология плазменного напыления из порошкового материала на основе диоксида циркония, плакированного никелем. В качестве исходного материала был выбран и исследован новый отечественный порошок, разработанный в рамках программы импортозамещения и являющийся аналогом материала фирмы «Sulzer Metco». Способ химического плакирования (обволакивания) никелем (30% Ni) сферических частиц матричного порошка (ZrO2 + 8% Y2O3) позволил получить новый порошковый материал с плотной однородной оболочкой (рисунок 1).

При попадании в высокотемпературную плазменную струю происходит расплавление частиц, с высокой скоростью осаждающихся на подложку, и их пластифицирование. В результате формируется покрытие толщиной ~150 мкм со слоистой микроструктурой, состоящей из керамических зёрен, окружённых металлическими прослойками (рисунок 2). За счёт этого покрытие имеет низкую пористость (П ~5%), повышенную твёрдость HV=7,6 ГПа и высокую прочность сцепления зёрен друг с другом и основным материалом. Оно способствует увеличению стойкости к воздействию эрозионного потока и высокотемпературной газовой коррозии обрабатываемого материала. Данное покрытие способно работать длительное время в условиях повышенных температур (до 800 °C) и увеличить ресурс термонагруженных деталей, изготовленных из жаропрочных никелевых сплавов. Разработанное покрытие можно применить для защиты ответственных деталей (например, рабочих лопаток и направляющих лопаток 3-й ступени) газовых турбин энергетических установок SGT-800 Siemens, эксплуатируемых в России на тепловых электростанциях.

Рис. 1. Порошковый материал на основе диоксида циркония, плакированного никелем: а) внешний вид порошка; б) форма частиц; в) плакированная оболочка.
Рис. 2. Плазменное покрытие, полученное из порошкового материала на основе диоксида циркония, плакированного никелем: а) вид поверхности покрытия; б) поперечное сечение покрытия (1 – основной материал, 2 – подслой, 3 – покрытие); в) микроструктура покрытия.

Авторский коллектив:

Царева И.Н., Бердник О.Б, Кривина Л.А., Разов Е.Н.

Список публикаций по данному результату:

  1. Царева И.Н., Бердник О.Б., Кривина Л.А., Разов Е.Н. «Исследование керамических порошковых материалов, плакированных никелем» // Вестник научно-технического развития. 2022. № 166. DOI: 10.18411/vntr2022-166-4.
  2. Царева И.Н., Бердник О.Б., Кривина Л.А., Кузьмин В.И., Разов Е.Н. «Структура и прочностные свойства лазменного покрытия, полученного из порошкового материала диоксида циркония, плакированного никелем» // Проблемы прочности и пластичности. 2022. т. 84. № 3. C. 397–408.