Новые процессы формирования керамических термобарьерных покрытий для элементов газовых турбин

Установка AP-MOCVD (слева): 1- паропровод; 2 – цифровой дозатор порошка прекурсора; 3 – вихревой сублиматор; 4 – корпус реактора;  5 – ловушка паров; 6 – регуляторы подачи газов (O2, Ar, He); 7 – управление нагревателями; 8 – силовой блок; Микрофотография покрытия (справа).

Проведён комплекс физическо-химических исследований направленных на обоснование работы элементов реактора химического осаждения из газовой фазы с использованием летучих соединений металлов с органическими лигандами при атмосферном давлении (AP-MOCVD реактора). В частности показано, что интенсивная сублимация кристаллов прекурсоров в псевдоожиженном слое частиц в торцевом пограничном слое вихревой камеры позволяет получать парогазовую смесь с высокой концентрацией паров прекурсоров, достаточной для роста плёнки термобарьерного слоя на нагретых образцах в реакторе. Показано, что добавление в газ-носитель гелия приводит к увеличению интенсивности сублимации кристаллов прекурсоров и к снижению температурной неоднородности в сублиматоре, что положительно сказывается на стабильности прекурсора в паровой фазе. Разработана конструкторская документация и изготовлен макет реактора, позволяющего формировать на поверхности образцов свидетелей (кремниевые пластины, пластины из сплава СДП-1 (Ni20Co20Cr12Al0.5Y) и жаропрочного сплава ЧС70-ВИ («ВИАМ») термобарьерные покрытия со столбчатой структурой и низким коэффициентом теплопроводности стабильные в условиях работы лопаток газовых турбин новых поколений. Впервые показано, что в реакторах такого типа возможно получение покрытий из оксида циркония стабилизированного иттрием (ZrO2-Y2O3) с технологически приемлемой скоростью до 80  мкм/час. Проведённые исследования являются значимым заделом для создания промышленного образца AP-MOCVD реактора для нанесения термобарьерых покрытий на лопатки газовой турбины и другие теполонапряжённые узлы энергоустановок.

ИНХ СО РАН, д. х. н. ИгуменовИ.К., ИТ СО РАН, к. т. н. ЛукашовВ.В., к. ф.-м. н. МакаровМ.С., Абдрахманов Р.Х., тел.: (383)316-50-41.