 |
Фазовый состав и исчерпание ресурса жаростойких алюминидных покрытий.
|
|
|
|
Основу жаростойкости и износостойкости диффузионных и конденсационно–диффузионных покрытий на никелевой основе, в том числе полученных по технологии ВПТВЭ, составляет моноалюминид никеля NiAl (β–фаза), легированная различными элементами и обладающая высокой температурой плавления и микротвердостью. Содержание β– фазы и других алюминидов в покрытии зависит от содержания Al и во многом определяет его свойства. 
В табл. 1. 3 приведены основные физические, химические и механические свойства алюминидов Ni, оказывающие влияние на эксплуатационные свойства жаростойких покрытий.
Таблица 1. 3
Характеристика алюминидов системы Ni–Al [26]
| Соединение, стехиометрический состав | Кристаллическая структура | T пл. °С | Область гомогенности | Плотность, г/см3 | КТР, °С-1 | Твердость, даН/мм2 | Теплота образования, кДж/моль | Цвет |
| Ni Al3 ε – фаза: 57,97 % Al | Орторомбическая. a=6.611 A b=7.367 A c=4.812 A | 854,0 | - | 3,96 | - | 610–770 | -38,0 | - |
| Ni2 Al3 δ – фаза: 40.81 % Al | Ромбоэдрическая a=4,036 A b=4,900 A c/a=1.214 | 1132,0 | 44,7–40,0 %Al при 600,0–1120 °C | 4,76 | - | 1120 | -57,0 | Фиолетовый |
| Ni Al β – фаза: 31.49 % Al | ОЦК a=2,886 A | 1638,0 | 36,0–22,0 %Al при 900,0 °C | 5,91 | 15,1*10-6 | 560–620 | -59,2 | Светло-синий; при конц. Al <31% желтый |
| Ni 3Al γˈ – фаза: 13.2 % Al | ГЦК a=3,589 A | 1380,0 | 12,6–14,4 %Al при 20 °C | 7,29 | 8,5*10-6 | 460–560 | -39,0 | Светло-желтый |
Традиционные диффузионные алюминидные покрытия, широко используемые для защиты лопаток турбин из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной структурой, работоспособны при температурах до 1000 – 1050°C [27, 28]. Это ограничение связано с ускоренным рассасыванием диффузионных слоев при высоких температурах, снижением содержания алюминия в покрытии и быстрой потерей жаростойкости покрытия в связи с фазовыми переходами во внешнем слое покрытия, происходящими по следующему механизму: 
[29].
|
|
|
В связи с этим, возникла необходимость перехода к многокомпонентным конденсированным покрытиям системы Me – Cr –Al - R (R: Y, Ta–Y, W–C–Y и др.), обладающим более высокой термостабильностью в контакте с жаропрочными сплавами при температурах свыше 1000–1050 °С. Повышенная термостабильность этих покрытий достигается снижением в покрытии содержания алюминия до 24–30 % (масс.) для алюминидных покрытий и до 9–11 % (масс.) для конденсированных покрытий. В свою очередь, высокие защитные свойства конденсированных покрытий, достигаются благодаря значительному содержанию в них хрома (10–25%), который способствует образованию на поверхности стабильной защитной пленки Al2O3, даже при низком содержании Al (до 5%) в поверхностном слое. Легирование покрытия редкоземельным Y (0,1–0,6%) обеспечивает повышение адгезионной связи этой пленки с поверхностью.
Кроме снижения содержания моноалюминида Ni в покрытии при эксплуатации изделий, серьезные повреждения могут быть вызваны образованием топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз в жаропрочных сплавах или жаростойких покрытиях. Из анализа двойных диаграмм состояния W – Re, Cr – Re, W – Ru, Cr – Ru; тройных диаграмм Ni – Al – Re, Ni – Al – Ru; а также, четверной диаграммы Ni – Al – Re – Cr видно, что на всех без исключения диаграммах имеются области существования ТПУ-фаз, выделение которых в реальных сплавах и покрытиях с неблагоприятным сочетанием легирующих элементов возможно либо непосредственно после литья, либо после гомогенизации, либо в процессе высокотемпературной наработки. ТПУ-фазы являются хрупкими электронными интерметаллическими соединениями переходных элементов. Они выделяются в форме пластин из g - твердого раствора, при перелегировании Cr, Mo, W, Re. Отрицательное влияние ТПУ-фаз на жаропрочные свойства сплавов проявляется в том, что они служат источником преждевременного зарождения трещин, ведущих к хрупкому разрушению. Другая причина разупрочнения определяется тем, что ТПУ-фазы связывают значительное количество легирующих элементов (Cr, Mo, W, Re), тем самым обедняют ими g - фазу, снижая тем самым эффект твердорастворного упрочнения [30, 31].
|
|
|
|
|
|
