КОМПОЗИЦІЙНА КЕРАМІКА ДЛЯ ТЕРМОБАР’ЄРНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ZrO₂, КОМПЛЕКСНО ЛЕГОВАНОГО ОКСИДАМИ РІДКІСНОЗЕМЕЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ 

Анотація

Досліджено термоциклічну довговічність складно-композиційної кераміки на основі ZrO₂, комплексно легованого сумішшю оксидів РЗЕ. Обрано два концентрати оксидів РЗЕ складу, % (мас.): церієвої підгрупи  62,4 CeO₂, 13,5 La₂O₃, 10,9 Nd₂O₃, 3,9 Pr₆O₁₁, 0,92 Sm₂O₃, 1,2 Gd₂O₃, 0,24 Eu₂O₃, 2,66 ZrO₂, 1,2 Al₂O₃, 1,7 SiO₂, сумарний вміст інших оксидів — 1,38 (легкий концентрат  ¾ ЛК); ітрієвої підгрупи 13,3 Y₂O₃, 1,22 Tb₄O₇, 33,2 Dy₂O₃, 8,9 Ho₂O₃, 21,8 Er₂O₃, 1,86 Tm₂O₃, 12,5 Yb₂O₃, 0,57 Lu₂O₃, сумарний вміст інших оксидів — 6,65 (важкий концентрат ¾ ВК). Двошарові термобар’єрні покриття (ТБП) метал/кераміка  осаджено на лопатки газотурбінного двигуна мето­дом електронно-променевого випаровування–конденсації (ЕПН) за один техно­логічний цикл. Властивості керамічних шарів ТБП складів ZrO₂–ЛК та ZrO₂–ВК проаналізовано у порівнянні з шаром стандартного складу на основі ZrO₂, стабілі­зованого оксидом ітрію (ZrO₂–Y₂O₃). Експеримент на термоциклічну довго­вічність проведено шляхом нагрівання зразків до 1100 °С у муфельній печі протягом 5 хв з витримкою при вказаній температурі 50 хв і наступним охолодженням зразків у воді впродовж 5 хв. Шар ТБП стандартного складу (ZrO₂–Y₂O₃) витримав 138 теплозмін, шари ТБП складів  ZrO₂–ЛК  та ZrO₂–ВК — 161 теплозміну. Визначено, що утворення поруватої мікроструктури керамічних шарів у процесі термоциклювання обумовлено умовами формування їх ламінарної мікроструктури в процесі ЕПН. Кількість округлих пор у шарах ZrO₂–ЛК та ZrO₂–ВК значно більша, ніж у шарі ZrO₂–Y₂O₃. Це підвищує їх термоциклічну довговічність на 16% порівняно зі стандартним покриттям. Комп­лекс­ний підхід до вибору складу керамічного шару на основі твердих розчинів ZrO₂, комплексно легованого концентратами оксидів рідкісноземельних елементів природ­нього походження, технології їх нанесення, удосконалення архітектури покриттів сприятиме створенню економічно ефективних ТБП з необхідними властивостями.