Диффузионный барьерный слой для высокотемпературных защитных покрытий

Abstract

Исследовано влияние диффузионных барьерных слоев, полученных путем электронно-лучевого осаждения антрацена и хрома, на химический состав, микроструктуру, микротвердость и адгезию конденсационных покрытий NiAl толщиной 40 мкм, нанесенных на образцы из жаропрочных сплавов ЭП-99 и CMSX-4. Отмечено, что на поверхности жаропрочного сплава в процессе термической обработки при 1080 °С в течение 2 ч формируется диффузионный барьерный слой толщиной около 5 мкм из карбидов преимущественно на основе вольфрама при нанесении слоя углерода и из карбидов на основе хрома при нанесении слоя хрома и углерода. В процессе последующей высокотемпературной выдержки в течение 10 ч при 1080 оС карбиды вольфрама сферической формы в зоне диффузионного барьерного слоя укрупняются до 1,5 мкм, а карбиды хрома выделяются в виде цепочки пластин длиной до 6 мкм. Показано позитивное влияние диффузионно барьерного слоя на замедление диффузии алюминия в жаропрочный сплав и тугоплавких элементов (W, Ta, Re) из жаропрочного сплава в покрытие. Установлено, что нанесение диффузионного барьерного слоя не ухудшает адгезию покрытий NiAl как в состоянии после осаждения, так и после термической обработки. Отмечено, что термоциклическая долговечность термобарьерного покрытия NiAl/ZrO₂–8 % Y₂O₃ повышается на 25 % при использовании диффузионно барьерного слоя из углерода.

The effect of diffusion barrier layers, produced by electron beam deposition of anthracene and cromium, on chemical composition, microstrucutre, microhardness and adhesion of condensation coatings NiAl of 40 μm thickness, deposited on samples of high-temperature alloys EP-99 and CMSX-4 was investigated. It was noted that on the surface of hightemperature alloy during heat treatment at 1800 °C for 2 h a diffusion barrier layer of thickness of about 5 μm of carbides mainly on the base of tungsten at deposition of carbon layer and of carbides on the base of chromium at deposition of layer of chromium and carbon is formed. In the process of the next high-temperature holding during 10 h at 1080 оC the tungsten carbides of a spherical shape in the zone of diffusion barrier layer are enlarged up to 1.5 μm, and chromium carbides are precipitated in the form of chain of plates of up to 6 μm length. The positive effect of diffusion barrier layer on delay of diffusion of aluminium into high-temperature alloy and refractory elements (W, Ta, Re) of high-temeprature alloy into coating is shown. It was found that the deposition of diffusion barrier layer does not deteriorate the adhesion of coatings NiAl both in as-deposited state, and also after heat treatment. It was noted that thermal cyclic life of the thermal barrier coating NiAl/ZrO₂–8 % Y₂O₃ is increased by 25 % at using the diffusion barrier layer of carbon.