Исследование плазменных теплозащитных покрытий для изделий машиностроения при циклических тепловых нагрузках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат технических наук Валиев, Рамиль Рифатович

• Валиев, Рамиль Рифатович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Валиев, Рамиль Рифатович

Содержание

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1 .Назначение и методы создания ТЗП

1.2. Обзор экспериментальных работ, посвященных исследованию термостойкости ТЗП

1.3. Процессы, происходящие в керамическом слое ТЗП при тепловом воздействии

1.3.1.Фазовые превращения

1.3.2. Процессы спекания

1.4. Процессы, происходящие в подслое ТЗП при тепловом воздействии

1.5. Величина тепловой защиты

1.6. Оценка коэффициента теплопроводности ТЗП

1.7. Основные механизмы разрушения ТЗП

1.8. Постановка задач исследования

Глава 2. Материалы, технология изготовления образцов и методы исследования ТЗП

2.1. Материал основы

2.2. Материалы подслоя теплозащитного покрытия

2.3. Порошок ЦИО-7-10-50 для керамического слоя

2.4. Технология изготовления модельных образцов

2.5. Испытательный стенд для испытания на термостойкость

2.6. Методика испытания на термостойкость

2.7. Методы исследования покрытий

Глава 3. Деградация керамического слоя ТЗП в условиях

термоциклирования

3.1. Изменение пористости керамического слоя ТЗП

3.2. Изменение микротвердости керамического слоя ТЗП

3.3. Изменение коэффициента теплопроводности ТЗП

3.4. Расчет степени тепловой защиты ТЗП

Выводы к 3 главе

Глава 4. Разрушение ТЗП в условиях циклических тепловых нагрузок

4.1. Основные механизмы разрушения ТЗП

4.2. Расчет напряженно - деформированного состояния ТЗП

4.3. Расчет эффективности тепловой защиты ТЗП оптимальных

толщин

4.4. Окисление подслоя

4.5. Исследование микротвердости подслоя ТЗП

Выводы к 4-й главе

Общие выводы по исследованию

Литература

Приложение I. Акт внедрения

Приложение II. Экспериментальные значения температур при

термоциклировании через каждые 20 циклов (рабочий режим)

Приложение III. Экспериментальные значения температур при термоциклировании через каждые 100 циклов (стационарный режим)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование плазменных теплозащитных покрытий для изделий машиностроения при циклических тепловых нагрузках»

Введение

Актуальность проблемы. Развитие современного машиностроения во многом связано с созданием и освоением газотурбинных двигателей (ГТД) и энергоустановок, обладающих повышенной эффективностью работы и надежностью. Нанесение плазменных пористых теплозащитных покрытий (ТЗП) на основе оксида циркония на многие детали ГТД, имеющие воздушное охлаждение, позволяет повысить температуру рабочих сред.

В процессе эксплуатации машиностроительных газотурбинных установок под воздействием высокой температуры, внешний теплозащитный слой покрытия постепенно уплотняется, становится жестким и снижает свою способность к сопротивлению деформациям и термическим напряжениям, что, в конечном счете, приводит к его разрушению. В этих условиях представляет практический интерес исследование изменений механических и теплофизических параметров ТЗП в результате тепловых циклических нагрузок, близких к условиям эксплуатации изделий. Более точное представление о процессах постепенных изменений в структуре и комплексе механических и теплофизических свойств ТЗП, скорости их протекания в условиях кратковременных теплосмен является определяющим фактором повышения надежности данного типа покрытий.

Высокая эффективность теплозащитных покрытий обусловлена, в основном, малым значением коэффициента теплопроводности, который должен оставаться максимально низким при долговременной работе покрытий. Поэтому важными и актуальными являются термоциклические испытания ТЗП в условиях, приближенных к реальным, поскольку они могут дать информацию об изменениях в микроструктуре ТЗП и свойствах покрытий.

В настоящее время проводятся интенсивные исследования по физическому и численному моделированию процессов, происходящих в

плазменных ТЗП. Важное место в этих исследованиях уделено анализу термостойкости и раскрытию механизмов разрушения покрытий в различных условиях теплового нагружения. Однако исследованию термостойкости ТЗП посвящено незначительное количество работ, которые связаны, главным образом, с поиском химических составов ТЗП, оптимальных с точки зрения подавления процессов спекания керамического слоя ТЗП.

В опубликованных результатах исследований отсутствуют данные о природе физико-механических и теплофизических процессов, происходящих в ТЗП при термической усталости, что не позволяет прогнозировать долгосрочное поведение этих покрытий в реальных условиях и, соответственно, затрудняет разработку технологических процессов нанесение на детали высококачественных ТЗП.

Внедрение в серийное производство на Казанском производственном моторостроительном объединении нового изделия - газотурбинного привода НК-38СТ для компрессора газоперекачивающей станции осуществляется с одновременным проведением комплекса научно-исследовательских работ, направленных на создание ряда прогрессивных технологических процессов, которые смогут обеспечить надежность и долговечность данного изделия.

Одним из направлений этой работы является повышение долговечности деталей камеры сгорания ГТД (наружного и внутреннего кожуха, форсунок) за счет замены эмалевых покрытий на плазменные теплозащитные покрытия на основе диоксида циркония.

Разработка технологического процесса нанесения плазменных ТЗП требует обоснованного выбора порошковых материалов для теплозащитного керамического слоя и подслоя ТЗП, условий напыления и последующей термической обработки. При этом одним из критериев оптимизации указанных факторов должны быть результаты испытания на термостойкость

ТЗП, в частности, в условиях т.н. «забросов» температуры, которые могут произойти в камере сгорания при нарушении стабильности горения топлива.

Работа выполнялась при поддержке фонда содействия малым формам бизнеса в научно-технической сфере (программа СТАРТ-06, госконтракт № 4224р/ 6625 от 26.06.06).

Целью работы является установление закономерностей деградации и разрушения плазменных теплозащитных покрытий на основе оксида циркония в условиях циклических тепловых нагрузок при наличии градиента температуры.

Задачи исследования:

• на базе созданного испытательного стенда разработать методику проведения испытаний на термоциклирование в условиях постоянного воздействия термического градиента по режимам, близким к эксплуатационным;

• исследовать поведение двухслойных плазменных ТЗП при циклических тепловых нагрузках;

• установить изменения, происходящие в микроструктуре и свойствах покрытий, и особенности разрушения ТЗП в зависимости от состава подслоя и толщины керамического слоя при циклических тепловых нагрузках;

с использованием результатов экспериментов построить физические и численные модели состояния ТЗП рациональных толщин, позволяющие разработать рекомендации по совершенствованию технологии их напыления на детали ГТД, применяемых в машиностроении.

Научная новизна:

1. Выявлены основные механизмы изменения функциональных свойств ТЗП и их разрушения в условиях циклических тепловых нагрузок, близких к эксплуатационным. Установлено, что под влиянием нестационарного

температурного поля в ТЗП возникает градиент механических свойств, вызванный процессами спекания, который с увеличением наработки ТЗП усиливается.

2. Научно обоснован рациональный диапазон толщин керамического слоя плазменных ТЗП, в котором процессы деградации протекают с низкой скоростью и не вызывают разрушения до 5000-6000 циклов термической нагрузки.

3. Предложены численные модели теплового и напряженно-деформированного состояния ТЗП, учитывающие состояние микроструктуры, теплофизические и механические свойства, которые позволяют конструировать ТЗП высокого ресурса.

Практическая значимость результатов состоит в том, что данные по характеру спеканию, окислению и разрушению ТЗП в процессе испытания на термостойкость, полученные при режимах, близких к эксплуатационным, позволяют осуществить научно - обоснованный выбор порошковых материалов, толщин для ТЗП, а также технологии их напыления.

По материалам диссертации представлены рекомендации для ОАО КМПО, которые использованы при разработке нового технологического процесса плазменного нанесения ТЗП на детали камеры сгорания изделия НК-38СТ.

Результаты диссертации вошли в состав отчетов о НИОКР по теме «Разработка и создание экспериментальной установки для испытания материалов и покрытий. Проведение комплекса исследований и испытаний теплозащитных покрытий на образцах» (госконтракт № 4224р/ 6625 от 26.06.06) и «Исследование структуры и механических свойств ТЗП с разработкой физических и математических моделей системы» (договор НЧ 205001 от 01.11.2006 г.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и

обсуждены на: 8-й международной конференции «Пленки и покрытия -

7

2007» (С-Петербург, 2007г); XV, XVI и XVII Международных молодежных научных конференциях «Туполевские чтения» (Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2007, 2008, 2009 г.); 1У и V Международных научно -практических конференциях «Современные технологии ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, ОАО «Казанская ярмарка», 2008, 2010 г.); XX и XXIII Всероссийской межвузовской научно -технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, КВАКУ им. М.Н. Чистякова, 2008, 2011 г.); IV Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009г.); V и VI - Всероссийской и Международной научно - технических конференциях «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики» (Казань, КНИТУ-КАИ, 2009,2011 г.).

Автор выражает благодарность Ильинкову Андрею Владиславовичу, кандидату технических наук, доценту кафедры «Газотурбинные и паротурбинные установки и двигатели» КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева за научные консультации и помощь в подготовке и проведению теплофизического эксперимента.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Валиев, Рамиль Рифатович

Общие выводы

1. Раскрыты основные механизмы снижения функциональных свойств ТЗП в условиях тепловых циклических нагрузок. Установлено, что в первые 300 циклов в керамическом слое ТЗП происходит интенсивное спекание, приводящее к «залечиванию» микротрещин и мелких пор, повышению микротвердости, снижению объемной пористости. В дальнейшем уплотнение керамического слоя протекает с невысокой интенсивностью.

2. Установлено, что коэффициент теплопроводности ТЗП составляет в среднем 0,7-1,5 Вт/мК и мало изменяется с наработкой, поскольку уплотнение керамического слоя протекает с одновременным его микрорастрескиванием, что сохраняет эффективность тепловой защиты ТЗП.

3. Под влиянием нестационарного температурного поля процессы спекания происходят более интенсивно в подповерхностных и центральных слоях керамики ТЗП, обеспечивающие образования градиентного покрытия с изменяющимися по сечению значениями микротвердости. С увеличением наработки образца градиент микротвердости по сечению керамического слоя увеличивается от 8,3 до 14,3 МПа/мкм.

4. Характер изменения перепада температуры по толщине керамического слоя ТЗП с наработкой позволяет прогнозировать долговечность покрытия. Показано, что для долговечных ТЗП градиент температуры с течением времени незначительно увеличивается. В покрытиях с низкой долговечностью перепад температуры по толщине керамического слоя интенсивно снижается, что свидетельствует об образовании сквозных поперечных трещин, быстро приводящих к разрушению покрытия.

5. Раскрыты основные механизмы разрушения ТЗП в условиях циклических тепловых нагрузок. Полное отслоение керамического слоя характерно для толщин керамического слоя более 460 мкм. Для толщин менее 260 мкм основным механизмом разрушения является частичное отслоение керамического слоя. При толщинах керамического слоя 260-460 мкм покрытия не разрушаются вплоть до 6000 циклов наработки.

Процесс окисления подслоя не является доминирующим механизмом при разрушении ТЗП, т.к. скорость окисления подслоя в условиях термоциклирования с частотой 30 сек"1 невысока.

6. Численная модель теплового и напряженно-деформированного состояния ТЗП для оптимального диапазона толщин показывает, что наибольшие термические напряжения растяжения возникают в керамике близи подслоя и достигают уровня 188- 190 МПа. Возникающие при этом деформации в стадии нагрева достигают 1% и действуют в металлическом подслое. Такое напряженное - деформированное состояние не вызывает разрушение ТЗП.

7. Тепловая модель показывает, что с увеличением толщины керамического слоя ТЗП с 260 мкм до 460 мкм температура на границе с подслоем снижается на 100К. При этом интенсивность снижения температуры по толщине керамического слоя примерно одинакова для разных толщин и составляет 0,45-0,57 К/мкм.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Валиев, Рамиль Рифатович, 2012 год

Литература

1. Schulz U., Fritscher К,, Leyens С., Peters M., Kaysser W.A. The thermocyclic behavior of differently stabilized and structured EB-PVD TBCs // Journal of materials, Vol. 49. - N 10, p. 62-75.

2. Васильев В., В.Д. Протасов, В.В. Болотин Композиционные материалы. Справочник /М:, Машиностроение, 1990. - 512 с.

3. GellM., Xie L., Ma X, Jordan E. H., Padture N.P. Highly durable thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process // Surface and Coatings Technology, 2003. p.l - 6.

4. Berndt С. C. Material Property Measurements on Thermal Barrier Coatings // Department of Materials Engineering Monash University Claiton, 1988.

5. Bengtsson P., Ericsson T., Wigren J. Thermal shock testing of burner cans coated with thick thermal barrier coating/ Journal of Thermal Spray Technology, 1998, Vol. 7, p. 340-348.

6. De Masi-Marcin J. T., Gupta .D. K. / Surface and Coatings Technology, 1994, Vol.68/69, p. 1 -9.

7. Haynes. J. A., Pint B. A., Porter W. D., Wright I. G. Comparison of thermal expansion and oxidation behavior of various high-temperature coating materials and superalloys materials at high temperature// http://www.ms.ornl.gov/researchgroups/corrosion publications/pintpub/publ5

8. Watson M. / Cambridge Materials Selector, 1994, Vol. 2.01.

9. Nesbitt /. A., Zhu D., Miller R. A., Barrett C. A. Failure morphologies of cyclically oxidized Zr02-based thermal barrier coatings// // Materials at High Temperatures, 2003, vol.20 (4), p.507-517.

10. Bouhanek К., Adesanya О. Isothermal and thermal cyclic oxidation behaviour of TBC : Pt aluminide bond coats// Materials at High Temperatures, 2000, vol. 17 (2), p.185-196.

11. Ley ens С., Schulz U., Fritscher K. Oxidation and lifetime of PYSZ and CeSZ coated Ni-base substrates with MCrAlY bond layers//Science Reviews, 2003, vol.20 (4), p. 475-479.

12. Schlichting K. W, Padtura N.P, Jordan E.H., Gell M. Failure modes in plasma-sprayed thermal barrier coatings // Materials Science and Engineering, 2003, A342, p.120 - 130.

13. Yanar N.M., Kim G., Hamano S., Pettit F.S., Meier G.H.

Microstructural characterization of the failures of thermal barrier coatings on Ni-base superalloys // Materials at High Temperatures, 2003. Vol. 20(4) -P.495-506.

14. Сайт: Department of Materials Science and Metallurgy Pembroke Street, Cambridge CB2 3QZ.

15. Ley ens C., Schulz U., Fritscher K. Oxidation and lifetime of PYSZ and CeSZ coated Ni-base substrates with MCrAlY bond layers //Materials science forum. 2001. - Vol. 372.- P. 571-578.

16. Pint B. A, Tortorelli P. F., Wright I. G. Effect of cycle frequency on high temperature oxidation behavior of alumina-forming alloys // Oxides of Metals, 2002. Vol. 58, p. 73-101.

17. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Часть 2. М., «Машиностроение», 1974. 368с.

18. F. Traeger, R. Vaßen Modelling of stress development and deformation of solid oxide fuel cell (SOFC) components during co-firing// Forschungszentrum Jülich GmbH Institut fur Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik (IWV-1) D-52425 Jülich Germany, Mai 2002

19. Koolloos M.F. Residual stresses in as-sprayed and heat treated Thermal Barrier Coatings/Measurements and FEM calculations// Materials Science Forum, 2000.Vol 347-349, p. 465-470.

20. Simms N.S., Kilgallon P.G., Roach C., Oakey J.E. Development of oxides at TBC-bond interfaces in burner rig exposures ¡/Materials at High temperatures, 2003. vol. 20 (4), p. 519-526.

21. Miller R.A. Thermal Fatigue and Fracture Behavior of Ceramic Thermal Barrier Coatings//NASA/TM—2001-210816, NASA Technical Memorandum, June 2001, 15 p.

22. Zhu D., Miller R.A., Nagaraj B.A., Bruce R.W. Thermal Conductivity of EB-PVD Thermal Barrier Coatings Evaluated by a Steady-State Laser Heat Flux Technique// NASA/TM, 2000-210238, NASA Technical Memorandum 2000, 18 p.

23. Zhu D., Miller R.A. Thermal Conductivity and Elastic Modulus Evolution of Thermal Barrier Coatings Under High Heat Flux Conditions// Journal of Thermal Spray Technology, 2000, vol. 9, p. 175-180.

24. Zhu D., Miller R.A. Thermal Conductivity and Elastic Modulus Evolution of Thermal Barrier Coatings Under High Heat Flux Conditions// NASA TM-209069, 1999, 21 p.

25. Ma W., Pan W., Wu C. Oxidation and delamination of plasma spray thermal barrier coating// High Cycling Heat flux Environments (Abstracts) Institute of Mechanics, Chinese Academy Science, Beijing, 100080, China.

26. Berndt C. Materials Property Measurements on Thermal barrier coating// Gas Turbine and Aeroengine Congress, Amsterdam, The Netherlands, 1988.

27. Berndt C.C., Herman H. Properties and Phase Studies of Plasma-Sprayed Y-Stabilized Zirconia Thermal Barrier Coatings// in the 10th International Thermal Spraying Conference, p. 175-1 79.

28. Berndt С. С., Herman Н. Anisotropic Thermal Expansion Effects in Plasma-Sprayed Zr02-8%Y203 Coatings// Ceramic Engineering Science Progress, 1983, vol.4, No. 9-10, p.792-801.

29. German Welding Association (DVS , German Standard DIN 50 160, "Determination of Adhesive Strength in the Traction-Adhesive Strength Test", 1981, Pub. Beuth Verlag GmbH, Berlin 30.

30. Berndt C.C., McPherson R. The Adhesion of Plasma Sprayed Ceramic Coatings to Metals , Materials Science Results, 1981, vol. 14, p. 619-628.

31. Ostojic P., Berndt C.C. The Variability in Strength of Thermally Sprayed Coatings// Surface and Coatings Technology, 1988, vol.34, N 1, p. 4350.

32. Berndt C.C. The Adhesion of Flame and Plasma Sprayed Coatings// Ph.D. Thesis, Monash University, 1980.

33. Siemers P.A., Mehan R.L. Mechanical and Physical Properties of Plasma Sprayed Stabilized Zirconia// Ceramic Engineering Science Progress, 1983, No.9-10, p. 828-840.

34. Thornton J., Ryan N., Stocks G. The Production of Stresses in Thermal Barrier Systems by High Temperature Oxidation," Proc. 7th National Thermal Spray Conference, Boston, MA, USA, 1994. P. 633-638

35. Houben, J.M, Relationship between the adhesion of plasma sprayed coatings to the process parameters size, velocity and heat content of the spray particles// Ph.D. Thesis, Eindhoven university of technology, Eindhoven, The Netherlands, 1988.

36. Ильинкова T.A., Ильинков A.B., Протасова H.A., Щукин А.В., Савельев В.М., Валиев P.P. //«Разработка и создание экспериментальной установки для испытания материалов и покрытий и проведение комплекса исследований и испытаний теплозащитных покрытий на образцах», отчет о НИОКР № госрегистрации 01.2.006 11013, Инв. №0220.0 850005, 2007, 153 с.

37. Jones R. L. Experiences in seeking stabilizers for zirconia having hot corrosion- resistance and high temperature tetragonal stability. NRL/MR/6170-96-7841, 1996.

38. Коломыцев П. Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов. М.: Металлургия, 1991, 239 с.

39. Suhr D.S., Mitchell Т.Е., Keller R.J. Microstructure and durability of zirconia thermal barrier coatings // Advances in Ceramics, 1982, Vol. 3, p. 503 -517.

40. Levit M., Grimberg I., Weiss B.Z. Residual Micro- and Macrostresses in the Plasma - Sprayed Zirconia - Based TBCs// Materials Letters, 1994. Vol. 19, p. 48-52.

41. Scardi P., Leoni M., Bertamini L. Influence of Phase Stability on the Residual Stress in Partially Stabilized Zirconia TBC Produced by Plasma Spray// Surface and Coatings Technology, 1995,Vol. 76-77, p. 106-112.

42. Koolloos M.F.J. Behaviour of low porosity microcracked thermal barrier coatings under thermal loading / proefschrift - Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2001, ISBN 90-386-2712-2.

43. Wellman R., Nicholls J.R. Some observations on erosion mechanisms of EB-PVD TBC // Wear. 2000, Vol .242, p. 89 - 96.

44. Wellman R.G., Nicholls J. R. Mechanism for the erosion of EB-PVD TBCs. // Materials Science Forum, 2001, Vol. A-372, p.531 - 538.

45. Zaplatynsky I. Performance of laser-glazed zirconia thermal barrier coatings in cyclic oxidation and corrosion burner rig test // Thin solid films, 1982, Vol.95, p. 275-284.

46. Kingery W.D., Bowen H.K, Uhlmann D.R. Introduction to ceramics. Wiley- interscience, 1976, p. 469-490.

47. Thornton J. Thermal Barrier Coatings //Materials Forum, 1998, vol. 22, p.159-181.

48. Eaton H.E., Novak R.C. Sintering Studies of Plasma Sprayed Zirconia// Surface and Coatings Technology, 1987. Vol. 32, p. 227-236.

49. Wesling K.F., Socie D.F., Beardsley B. Fatigue of Thermal Barrier Coatings// Journal of American Ceramic Society, 1994. Vol. 77(7), p. 1863-1868.

50. Thompson J.A., Clyne T.W. The Stiffness of Plama Sprayed Zirconia Top Coats in TBCs// Proc. UTSC '99, Eds. E. Lugscheider and P.A. Kammer, 1999, p. 835-840.

51. Ilavsky J., Long G.G., Allen A. J., Berndt C.C. Evolution of the Void Structure in Plasma-Sprayed YSZ Deposits During Heating// Materials Science and Engineering, 1999, Vol. A272, p. 215-221.

52. Абраимое H.B. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин. - М.: Машиностроение. 1993.

53. Абосделл A.M. Разработка высокоресурсных плазменных теплозащитных покрытий на основе оксида циркония для камер сгорания ГТД// диссертация на соискание ученой степени кандидат технических наук-Казань 2007- 110 С.

54. Гегузин Я.Е., Кудрин A.M., Парицкая JI.H. Появление трещин в диффузионной зоне // ФММ, 1978. Т.45. Вып.6. с. 1284-1288.

55. Порошковая металлургия и напыленные покрытия, под.ред Митина Б.С., М.: Машиностроение, 1987, 791 с.

56. Абосделл A.M., Ильинкова.Т.А., Лунев А.Н. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах. I. Термобарьерный слой //Авиационная техника, 2005.-№ 1, с. 60-64.

57. Brindley W. J., Miller R. A. Thermal barrier coating evaluation needs // NASA Technical Memorandum, 1990, 103708.

58. Meier S. M., Nissley D. M., Sheffler K. D., Cruse T. A. Thermal barrier coating life prediction model development // Trans, of the ASME, 1992, Vol.114, p. 258.

59. Eguchi N., Zhou Z., Shirasawa, H., Ohmori A. Microstructure and characterization of zirconia-yttria coatings formed in laser and hybrid spray process // Journal of Thermal Spray Technology, 1999, Vol. 8, № 3, p. 405 - 413.

60. Hebsur M.G. Oxidation resistant and low coefficient of thermal expansion NiAl-CoCrAlY Alloy// Pat. USA N 6454992, 2002.

61. Tryon BPollock T.M., Gigliotti M.F.X, Hemker K. Thermal expansion behavior of ruthenium aluminides // Scripta Materilia, 2004, Vol. 50. p. 845-848.

62. Evans A. G., Mumm D. R., Hutchinson J. W., Meier G. H.

Mechanisms controlling the durability of thermal barrier coatings // Progress of Materials Science, 2001, Vol. 46, p. 505 - 553.

63. Chang G.C., Phucharoen W., Miller R. A. Thermal expansion mismatch and plasticity in thermal barrier coatings// Turbine Engine Hot Section Technology, NASA, CP 2493, 1987, p. 357 - 368.

64. Leyens C., Wright I. G., Pint B. A. Hot corrosion of nickel- base alloys by alkali-containing sulfate deposits // Materials Science Forum, 2001,Vol. 372, p. 571-578.

65. Haynes. J. A., Pint B. A., Porter W. D., Wright I. G. Comparison of thermal expansion and oxidation behavior of various high-temperature coating materials and superalloys materials at high temperature// http://www.ms.ornl.gov/researchgroups/corrosion publications/pintpub/pub 15.

66. Pint B. A, Tortorelli P. F., Wright I. G. Effect of cycle frequency on high temperature oxidation behavior of alumina-forming alloys // Oxides of Metals, 2002, Vol. 58, p. 73-101.

67. Wu B.C., Chang E., Chang S.F., Tu D. Degradation Mechanisms of Zr02- 8wt%Y203/Ni-22Cr-10A1-1Y Thermal Barrier Coatings// Journal of American Ceramic Society, 1989, Vol. 72(2), p. 212-218.

68. Lih W., Chang E., Wu B.C., Chao C.H. Effects of Bond Coat Preoxidation on the Properties of Zr02-8wt.%Y203/Ni-22Cr-10Al-lY Thermal-Barrier Coatings// Oxides of Metals, 1991,Vol 36, p. 221-238

69. Shillington E.A.G., Clarke D.R. Spalling Failure of a Thermal Barrier Coating Associated with Aluminum Depletion in the Bond CoatIIActa Materials, 1999,Vol. 47(4), p. 1297- 1305.

70. В сб. Авиационные материалы, избранные труды 1932-2002 г, под ред Е.Н.Коблова, М.: МИСИС, ВИАМ, 2002, 422 с.

71. Takahashi S., Yoshiba М., Harada Y. Microstructural features of mechanical failure in thermal barrier coating systems under static Loadings// Materials at High Temperatures, 2001, Vol. 18(2), p. 125-130.

72. Evans A. G., Crumley G. В., Demaray R. R. On the Mechanical Behavior of Brittle Coatings and Layers//Oxidation of Metals, 1983, Vol. 20(5/6), p.193-216.

73. Chang G.C., Phucharoen W., Miller R. A. Behavior of Thermal Barrier Coatings for Advanced Gas Turbine Blades// Surface and Coatings Technology, 1987. Vol.30, p. 13-28.

74. Petrus G. J., Ferguson B. L. A Software Tool to Design Thermal Barrier Coatings: A Technical Note, Journal of Thermal Spray Technology, 1997, Vol. 6(1), p.29-34.

75. Freborg A. M., Ferguson B. L., Brindley W. J., Petrus G. J.

Modeling Oxidation Induced Stresses in Thermal Barrier Coatings// Materials Science and Engineering,1998, Vol.A245, p.182-190.

76. Pindera M.J., Aboudi J., Arnold S. M. The Effect of Interface Roughness and Oxide Film Thickness on the Inelastic Response of Thermal Barrier Coatings to Thermal Cycling// Materials Science and Engineering, 2000, Vol. A284, p.158-175.

77. Абосделл A.M., Илъинков А.В., Ильинкова Т.А. Расчетная оценка деформационных характеристик теплозащитных покрытий // Сборник трудов Донецкого нац. техн. университета, выпуск.ЗО, Донецк, 2005, с.3-9.

78. Clyne T.W., Humphreys C.J. Improvements in plasma sprayed thermal barrier coatings for use in advanced gas turbines. http://www.msm.cam.ac.uk/mmc/publications/index.html.

79. Strunz P., Schumacher G., Vassen JR., Wiedenmann A. In situ SANS study of pore microstructure in YSZ thermal barrier coatings// Acta Materialia/2004, Vol. 52, p. 3305-3312

80. Viguie R., Wortmann D.J., Shelly D.W. NASA TBC Workshop. Cleveland. Ohio. 1995, Vol.135.

81. ZhuD., Miller R.A. Thermophysical and termomehanical properties of thermal barrier coating systems/ NASA/TM—2000-210237, NASA Technical Memorandum, 2000.

82. Verbeek, A.T.J Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings: Production, Characterization and Testing// Ph.D. Thesis, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, The Netherlands,. 1992.

83. Choi S. R., Zhu D., Miller R. A. High-Temperature Slow Crack Growth, Fracture Toughness and Room-Temperature Deformation Behavior of Plasma-Sprayed Zr02-8wt%Y203// Ceramic Engineering Science Progress, 1998, vol. 19, p. 293-301.

84. Zhu D., Miller R.A. Determination of Creep Behavior of Thermal Barrier Coatings under Laser Imposed High Thermal and Stress Gradient Conditions// Journal of Materials Research, 1999, vol. 14, p. 146-161.

85. Miller R.A. // Journal of American Ceramic Society, 1984, vol.67,

p.517-521.

86. Hillery R.V., Pilsner B.H., McKnight R.L., Cook T.S., Hartle M.S.

Thermal Barrier Coating Life Prediction Model, Final Report// NASA CR-180807, 1987.

87. De Masi -Marcin J.T., Ortiz M., Sheffler K.D. Thermal Barrier Coating Life Prediction Model Development, Phase I Final Reporl// NASA CR-182230, 1989.

88. De Masi-Marcin J.T., Sheffler K.D., Bose S. Mechanisms of Degradation and Failure in a Plasma-Deposited Thermal Barrier Coating// Journal of Engineering Gas Turbines and Power, 1990, Vol. 112, p. 521-526.

89. Evans A.G., Karlsson A.M., Hutchinson J.W. The Displacement of the thermally grown oxide in thermal barrier systems upon temperature cycling // Materials Science and Engineering, 2003, Vol. A351, p.244-257.

90. Ильинкова T.A., Протасова H.A., Савельев B.M. Сопротивление термической усталости теплозащитных плазменных покрытий на основе оксида циркония// Сборник трудов 8-й межд. конф. «Пленки и покрытия -2007», С-Петербург, 22-25 мая 2007, с.228-230.

91. Абосделл A.M., Ильинкова. Т.А., Лунев, А.Н. Применение термобарьерных покрытий в современных газовых турбинах. II. Подслой для ТБП// Изв. Вузов, Авиационная техника, 2005, № 3, с.47-50.

92. Абосделл А.М, Т.А.Ильинкова, Р.Р.Валиуллин, Н.А.Протасова, Савельев В.М. Влияние параметров напыления на свойства теплозащитных покрытий // Изв. Вузов, Авиационная техника, 2006, № 4,с. 75-77.

93. Renusch D., Echsler Н., Schutze М. The Role of Bond Coat Oxidation for the Life Time of Thermal Barrier Coatings //Funded by DFG, Period: 28.02.00 - 28.04.04

94. Zhu D., Choi S.R., Miller R.A. Thermal Fatigue and Fracture Behavior of Ceramic Thermal Barrier Coatings //NASA/TM 2001-210816.

95. Zhu D., Choi S.R., Miller R.A. Development and Fatigue Testing of Ceramic Thermal Barrier Coatings// NASA/TM—2004-213083, NASA Technical Memorandum, 2004.

96. ГОСТ 9450-76 (CT СЭВ 1195-78) Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников, изд-во стандартов, 1993, 35 с.

97. Lin C.K., Lin С.С., Berndt C.C. Simulation of Hardness Testing on Plasma-Sprayed Coatings //Journal of American Ceramic Society, 1995, Vol. 78(5), p. 1406-1410.

98. Валиев P.P., Ильинкова T.A., Ильинков A.B., Ишмуратов Д.Л. Исследование теплозащитных покрытий в различных условиях термоциклирования //Электромех. и внутрикакмерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, мат-лов и изделий. Сб. мат-лов XX Всерос. Межвуз. н-т- конф. Казань, 2008, часть 1, с. 361-363.

99. Валиев P.P. Механизмы разрушения теплозащитных покрытий при испытании на термический удар// IX Уральская Школа - семинар металловедов-молодых ученых. Екатеринбург, 2008. С. 79-81.

100. Валиев P.P. Исследования структуры и свойств теплозащитных покрытий (ТЗП) после испытания на термический удар// Материалы докладов IV-й Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». Казань, 2009, том 3, С. 92-94.

101. Ильинкова Т.А., Ильинков A.B., Валиев Р. Р. , Шигапов А.Н Исследование теплозащитных покрытий в условиях термического удара // Сборник трудов 8-й межд. конф. «Пленки и покрытия - 2007», С-Петербург, 2007, С.231-233.

102. Валиев P.P., Тагиров А.Т. Исследование плазменных теплозащитных покрытий на термостойкость // Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения». Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2007, том 1, с. 167-168.

103. Валиев P.P. Термостойкость теплозащитных покрытий// VIII Уральская Школа - семинар металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 2007, с.140-142.

104. Ding Z., Knight Effect of bond coat processes and surface characteristics on the failure mechanism of thermal barrier coatings // Thermal spray 2001. Published by ASM international materials.

105. Gell M.j Xie L., Ma Xi, Jordan E.H., Padture N.P. Highly durable thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process // Surface and Coatings Technology, 2003, p. 1-6.

106. Whitcomb J.D., Raju I.S., Goree J.G .Reliability of the Finite Element Method for Calculating Free Edge Stresses in Composite Laminates// Computers and Structures, 1982,Vol. 15(1), p. 23-37.

107. Munz D., Yang Y.Y. Stress Singularities at the Interface in Bonded Dissimilar Materials under Mechanical and Thermal Loading// Journal of Applied Mechanics, 1992, Vol. 59, p. 857-861.

108. Miller R.A., Lowell C.E. Failure Mechanisms of Thermal Barrier Coatings Exposed to Elevated Temperatures//77n>? Solid Films, 1982, Vol. 95, p. 265-273.

109. Rabiei A., Evans A.G. Failure Mechanisms Associated with the Thermally Grown Oxide in Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings// Acta Materilia, 2000,Vol. 48, p. 3963-3976.

110. Ни S.Y., Li Y.L., Munz D., Yang Y.Y. Thermal Stresses in Coated Structures// Surface and Coatings Technology, 1998,Vol. 99(1-2), p. 125-131.

111. Валиее P.P. Разработка газотермических теплозащитных покрытий, устойчивых в условиях термического нагружения/Л/ - Всеросс. н - техн. Конф. «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики АНТЭ-2009», Казань, 2009. том 2, с. 323-328.

112. Валиее P.P. Изучение процессов спекания керамического слоя теплозащитных покрытий при термическом ударе// Вестник КГТУ, 2009, № 4, с.35-39.

113. Ильинкова Т.А., Валиев P.P., Тагиров А.Т. Долговечность плазменных теплозащитных покрытий в условиях термического нагружения// Вестник КГТУ, 2010.- №3 - С.24-29.

114. Eaton Н.Е., Novak R.C. Particulate Erosion of Plasma-Sprayed Porous Ceramic // Surface and Coatings Technology, 1987, Vol. 30, p. 41-50.

115. Порошковая металлургия и напыленные покрытия, под.ред Митина Б.С., М.: Металлургия, 1987. 488 с.

116. Portiha A., Teixeira V., Martins J., Costa M.F., Vassen R., Stoever D. Analysis of the microhardness and the porosity in graded thermal barrier coatings// University of Minho. Physics department, GRF-Functional Coatings Group. Campus de Azurem, 4800 Guimaraes, Portugal.

117. Барсукова E.A. К вопросу о формировании теплозащитных плазменных покрытий // Международная молодежная научная конференция «XVI Туполевские чтения». Казань 2008 г, с.

118. Lin С.К., Berndt С.С. Statistical analysis of microhardness variations in thermal spray coatings ПJournal of Materials Science, 1995, p.30.

119. Berndt C.C., Lin C.K. Measurement of adhesion for thermally sprayed materials // Journal of . Adhesion Science Technology, 1993,Vol. 7, No. 12, p. 1235-1264.

120. A.B. Ильинков, А.В.Щукин, Т.А. Ильинкова, И.В. Басаргин, P.P. Валиев Теплопроводность термобарьерных покрытий// Известия ВУЗов,

«Авиационная техника», 2009, № 3, с.54-58.

121. А. В. Ильинков, Т. А. Ильинкова, А. В. Щукин, И. В. Басаргин, Р.Р.Валиев Теплопроводность термобарьерных покрытий при термоциклических испытаниях // Электромех. и внутрикакмерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, мат-лов и изделий. Сб. мат-лов XXI Всерос. Межвуз. Н-т- конф. Казань, 2008 , часть 2, с. 46-47.

122. Валиев P.P., Басаргин И.В., Каурое A.B. Термоциклические испытания термобарьерных покрытий// Международная молодежная научная конференция «XVI Туполевские Чтения». Казань, 2008, том 1, с. 279280.

123. Zhu D., Miller R. A. Thermal Barrier Coatings for Advanced Gas Turbine and Diesel Engines// NASA / TM - 1999 - 209453, NASA Technical

Memorandum, 17 p.

124. Zhu D., Miller R. Thermal Conductivity and Sintering Behavior of Advanced Thermal Barrier Coatings//NASA Technical Memorandum, May 2002, 16 p.

125. Zhu D., Bansal N., Lee K., Miller R. Thermal Conductivity of Ceramic Thermal Barrier and Environmental Barrier Coating Materials// NASA/TM-2001 -211122, NASA Technical Memorandum, September 2001, 2lp.

126. Singheiser L., Steinbrech R., Quadakkers W.J., Herzog R. Failure aspects of thermal barrier coatings Forschungszentrum Jülich GmbH, D-52425 Jülich, Germany.

127. Менсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. Перевод с англ. М., «Машиностроение», 1974, 344с.

128. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. -М.: Машиностроение, 1984, 56с.

129. Патент на полезную модель № 57903 «Устройство для испытаний материалов и покрытий» Ильинкова Т.А., Ильинков A.B., Абусдель A.M., Саттаров Р.И. 2007 г.

130. Hindum., Whittle D.P. Microstructure, adhesion and growth kinetics of protective scales on metals and alloys, Ox. Metals, 1982.-Vol. 18 - P 245-284.

131. Школьник JI. M. Методика усталостных испытаний. -Справочник, Москва, Металлургия, 1978.

132. Гортышое Ю.Ф., Дресвянников Ф.Н., Идиатуллин Н.С. и др. Под ред. Щукина В.К. Теория и техника теплофизического эксперимента. - 2-е изд.,перераб. и доп. -М.:Энергоатомиздат, 1993. -448с.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

12152?

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАЗАНСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ»

АЧЫК АКЦИОНЕРЛЫК ЩЭМГЫЯТЕ "КАЗАН МОТОРЛАР T03Y БЕРЛЭШМЭСЕ"

420036, Татарстан, г. Казань, ул. Дементьева, 1. Тел./факс: [phone]

20_

г. №

НА ВАШ №

от

Акт

о внедрении результатов диссертационной работы Валиева P.P. «Исследование плазменных теплозащитных покрытий для изделий машиностроения при циклических тепловых нагрузках», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комиссия в составе председателя комиссии - главного металлурга ОАО КМПО Хамматова P.P.; членов комиссии - главного сварщика ОАО КМПО Латипова P.P., ведущего инженера-технолога отдела главного металлурга Валиуллина P.P. подтверждает, что диссертационная работа Валиева P.P. тесно связана с НИОКР, выполненной в КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева для ОАО КМПО.

На ОАО КМПО переданы следующие результаты диссертационной работы Валиева

P.P.:

1. Методика и результаты испытаний на термостойкость теплозащитных покрытий, установленные механизмы деградации и разрушения ТЗП в условиях малоцикловой термической усталости при воздействии постоянного температурного градиента;

2. Результаты исследований структуры, физических, механических свойств плазменных теплозащитных покрытий после высокотемпературной наработки;

3. Результаты расчетной оценки теплового и напряженно-деформированного состояния теплозащитных покрытий оптимальных толщин.

Результаты диссертационной работы использованы при выборе составов и толщин плазменных покрытий на основе оксида циркония для использования на газотурбинных двигателях НК-93, НК-38 СТ.

Данный акт не является основанием для взаимных финансовых расчетов.

Зам. ген. директора по техническому развитию

Главный металлург Главный сварщик

С.Б. Шелепов P.P. Хамматов P.P. Латипов

Исполнено

исх. №, дата, подпись

Заказ 743'