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

Анотація

Досліджено можливості використання складно-композиційної кераміки на основі діоксиду ZrO₂, комплексно легованого сумішшю рідкісноземельних елементів (РЗЕ) ітрієвої підгрупи, для нанесення термобар’єрних покриттів (ТБП). Для дослідження обрано важкий концентрат (ВК) оксидів рідкісноземельних елементів ітрієвої підгрупи складу, % (мас.): 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 (у тому числі 3,2 Al₂O₃); порошки Y₂O₃ та М-ZrO₂. Мішені для нанесення керамічних шарів ТБП ¾ стандартного та  складно-композиційного ¾ методом електронно-променевого напилення виготовлено з керамічних сумішей, % (мас.): М-ZrO₂–7 Y₂O₃ та 90 М-ZrO₂–10 ВК. Проведено порівняння властивостей складно-композиційного шару та стандартного керамічного шару на основі ZrO₂, стабілізованого оксидом ітрію, у термобар’єрних покриттях, нанесених методом електронно-променевого напилення за один технологічний цикл. Двошарові термобар’єрні покриття метал/кераміка на модельні лопатки, отримані методом спрямованої кристалізації зі сплаву ЖС-26ВІ, осаджено на промисловій електронно-променевій установці УЕ-174 (НВП ЕЛТЕХМАШ, м. Вінниця). Керамічний шар ТБП складу М-ZrO₂–7 Y₂O₃ позначено як ІСЦ, а складу 90 М-ZrO₂–10 ВК — як ВКСЦ. Для формування внутрішнього жаростійкого шару використано сплав МЗП-6 (нікель–хром–алюміній–ітрій). За означених умов утворились шорсткуваті щільні глянсові покриття, що відрізняються за кольором: ІСЦ — світло-сірий; ВКСЦ — темно-сірий. Товщина покриттів на спинці складає 90–95 мкм, у кориті — 90 мкм. Фазовий склад обох покриттів представлений F-ZrO₂. У покриттях сформувалися мікроструктури, що вміщують перистоподібні утворення. У шарі ІСЦ є два типи щільних утворень: у формі стовпчиків та розгалужені, а шар ВКСЦ має нерегулярну мікроструктуру, що містить широкі перистоподібні утворення, зрощені між собою. Встановлено формування ламінарної мікроструктури керамічних шарів, що обумовлено технологічними особливостями методу  електронно-променевого напилен­ня. Мікротвердість шару ІСЦ становить: на спинці — 3884 МПа, в кориті — 6052 МПа. Мікротвердість шару ВКСЦ суттєво нижче: на спинці — 1381 МПа, а в кориті — 1679 МПа. Складно-композиційне покриття витримало 161 термозміну, а стандартне покриття ¾ 138 термозмін. Попередні дослідження показали перспективність стабілізації ZrO₂ концентратами оксидів РЗЕ ітрієвої підгрупи для мікроструктурного проектування керамічного шару ТБП.